CN100460925C - 光学扫描装置和成像装置 - Google Patents

Abstract

光学扫描装置包括：光源单元、用于将从光源单元发射的光束引向偏转单元的入射光学系统、用于将从偏转单元偏转的光束引导到要被扫描的表面的成像光学系统。成像光学系统包括：主扫描方向的光焦度不同于副扫描方向的光焦度的复曲面透镜；具有位于公共平面Ha的连接形成曲线的第一复曲面的子午线的曲率中心，和不位于公共平面的连接形成曲线的第二复曲面的子午线的曲率中心的复曲面透镜。

Description

光学扫描装置和成像装置

技术领域

本发明涉及一种光学扫描装置和使用该光学扫描装置的成像装置，特别是用于执行电子照相处理的诸如激光束打印机、数字复印机和多功能打印机之类的成像装置。

背景技术

至今，在光学扫描装置中，根据图像信号，从光源单元调制的和发射的光束通过光偏转器被周期性地偏转，并且通过具有fθ特性的成像光学系统在感光记录介质的平面上会聚为光点，以使图像被记录在平面上。

近来，由于诸如激光束打印机、数字复印机和多功能打印机之类的装置速度增加并且尺寸减小，所以需要这种成像光学系统更快速并更紧凑。

作为一种提高速度的方法，过满光学系统(OFS)已被使用。在OFS中，在主扫描截面中入射在光偏转器(可旋转的多面反射镜)的偏转平面上的入射光束的宽度大于偏转平面的宽度。因此，光偏转器的直径可以较小并且其平面的数量可被增加，从而可提高光偏转器的速度。

根据OFS的该特征，在副扫描截面中入射在光偏转器的偏转平面上的入射光束和从偏转平面偏转并到达要被扫描的表面的扫描光束需要被空间分离。

此外，在未满(underfilled)光学系统(UFS)中，当多个光束从光偏转器的同一偏转平面被偏转并单独地发射到要被扫描的多个平面时，偏转以后，在副扫描截面中多个光束需要被空间分离。

为了空间分离光束，例如，在副扫描截面中入射在光偏转器的偏转平面上的入射光束的方向相对于偏转平面倾斜。

当光学扫描装置的光学结构变得紧凑时，用于空间分离的光路的长度变短。因此，要求相对于偏转平面入射在在副扫描截面中定义的光偏转器的偏转平面上的入射光束的倾斜角较大。而且，要求最大扫描角较大，以使从光偏转器的偏转平面到感光鼓表面(要被扫描的表面)的光路的长度减小。

然而，当入射光束的倾斜角和扫描角如上述被增加时，由于光偏转器的偏转扫描，在副扫描截面中倾斜地入射在光偏转器的偏转平面上的光束呈现(draw)圆锥形平面(圆锥形扫描)，导致以下两个主要问题。

第一个问题是：由于光偏转器的偏转扫描，在副扫描截面中倾斜地入射在光偏转器的偏转平面上的光束呈现圆锥形平面，因此，弯曲的扫描光束入射在设置在倾斜的入射光束中心的fθ透镜(成像透镜)上，使得弯曲的扫描线也出现在用作要被扫描表面的感光鼓的表面上。这是由在副扫描截面中倾斜地入射在光偏转器的偏转平面上的入射光束引起的扫描线的弯曲的问题。

第二个问题是：由于从偏转平面被偏转的并到达要被扫描的表面的扫描光束呈现圆锥形平面，成像性能劣化。当入射光学系统中的主扫描方向被定义为光束的主扫描方向时，相对于主扫描方向的fθ透镜的母线(主扫描方向)倾斜的光束偏转的角度随扫描角而增加。即，由于由透镜表面给予光束的折光力的方向(主扫描方向和副扫描方向)在具有大的扫描角的区域内被偏离(被旋转)，所以感光鼓的表面上的光点的形状畸变为例如星形的形状。这是由呈现圆锥形平面的扫描光束引起的成像性能劣化的问题。

当具有上述两个问题的光学扫描装置被用于成像装置时，形成的图像显著劣化。

至今，已提出了解决这两个问题的各种光学扫描装置，例如美国专利第6141118号。

在美国专利第6141118号中，在副扫描截面中，成像光学系统中使用的复曲面透镜的光轴和通过光偏转器偏转的光束被彼此共线设置，并且形成复曲面透镜的两个表面，使得通过连接每个透镜表面的子午线的顶点形成的母线沿副扫描方向弯曲。用这种方式，成像性能的劣化和扫描线的弯曲被校正。

用这种方法，沿副扫描方向弯曲的复曲面透镜的两个透镜表面的母线产生和具有副扫描方向的光焦度的柱面透镜绕复曲面透镜的光轴旋转的情况相同的效果。在绕复曲面透镜的光轴旋转柱面透镜的效果的作用下，对由透镜表面给予通过圆锥形扫描偏转的光束的折光力的方向(主扫描方向和副扫描方向)的偏离(旋转)的影响被抵消，并且成像性能的劣化被校正。

然而，当复曲面透镜的透镜表面被形成使得母线沿副扫描方向弯曲时，透镜表面的形状变得复杂。因此，仅具有减小成像性能的劣化的有效程度高的透镜表面被优先形成，以使母线沿副扫描方向弯曲。

而且，在美国专利第6141118号中，在副扫描截面中，成像光学系统的复曲面透镜的光轴相对于入射在复曲面透镜的入射平面上的入射光束倾斜，以使成像特性的劣化和扫描线的弯曲被调节。然而，在成像光学系统中，当最大扫描角(最大视角)或相对于副扫描截面中定义的偏转平面入射在光偏转器的偏转平面上的入射光束的倾斜角较大时，通过仅改变副扫描截面中复曲面透镜的倾斜角，难以在像高的整个范围内充分调节成像性能的劣化和要被扫描的表面上扫描线的弯曲。

发明内容

本发明提供了能够校正成像性能的劣化和要被扫描的表面上扫描线的弯曲、并且能够形成高清晰度和高分辨率图像的光学扫描装置，并且提供了使用该光学扫描装置的成像装置。

一种光学扫描装置包括：光源单元；入射光学系统，用于将从光源单元发射的光束引向偏转单元；和成像光学系统，用于将从偏转单元偏转的光束引导到要被扫描的表面。该成像光学系统包括主扫描方向的光焦度不同于副扫描方向的光焦度的复曲面透镜；具有位于公共平面Ha的连接形成曲线的第一复曲面的子午线的曲率中心，和不位于同一平面的连接形成曲线的第二复曲面的子午线的曲率中心的复曲面透镜。

光学扫描装置的特征在于：复曲面透镜的第一复曲面的子午线的曲率半径的大小从成像光学系统的光轴向外围变化。

光学扫描装置的特征在于：在副扫描截面中，平面Ha不平行于入射在复曲面透镜上的朝要被扫描的表面的中央像高传播的入射光束的主光线。

光学扫描装置的特征在于：复曲面透镜的第一复曲面具有满足以下条件的区域：

100≤|Ra|(mm)

其中Ra表示子午线的曲率半径。

光学扫描装置的特征在于：在入射光学系统中，在副扫描截面中从光源单元发射的并进入偏转单元的偏转平面的光束的方向相对于偏转平面倾斜。

光学扫描装置的特征在于：第二复曲面的母线的弯曲程度△A满足下列条件：

0≤△A≤1(mm)

△A＝|Zmax-Zmin|(mm)，

当第二复曲面的光轴和透镜的曲面的相交点被定义为原点并且副扫描截面中与光轴正交的轴被定义为z轴时，Zmax和Zmin分别表示Z方向的第二复曲面的子午线的曲率半径的中心位置的最大值和最小值。

光学扫描装置的特征在于：成像光学系统包括单个复曲面透镜。

光学扫描装置的特征在于：通过连接第二复曲面的每个区域中的子午线的顶点而形成的复曲面透镜的第二复曲面的母线沿副扫描方向弯曲。

光学扫描装置的特征在于：复曲面透镜的第一复曲面和第二复曲面的子午线的曲率半径的大小从成像光学系统的光轴向外围变化。

一种成像装置包括：如上所述的光学扫描装置；感光部件，其被设置在要被扫描的表面上；显影单元，用于将感光部件上的静电潜像显影为调色剂图像，该静电潜像由光学扫描装置发射的并扫描感光部件的光束形成；转印单元，用于将显影的调色剂图像转印到记录介质上；和定影单元，用于将转印的调色剂图像定影在记录介质上。

一种成像装置包括：如上所述的光学扫描装置；和打印机控制器，其将通过外部设备输入的代码数据变换成图像信号并将该信号发送到光学扫描装置。

一种彩色图像形成装置包括：多个如上所述的光学扫描装置；和在光学扫描装置的要被扫描的平面上设置的并且每个都形成相应颜色的图像的多个图像载体。

彩色图像形成装置的特征在于：打印机控制器将通过外部设备输入的色彩信号变换成不同颜色的图像数据并且将数据发送到相应的光学扫描装置。

根据本发明，通过形成成像光学系统的简化的复曲面透镜，光学扫描装置能够形成高清晰度和高分辨率的图像，并且使用该光学扫描装置的成像装置也可实现，使得成像性能的劣化和要被扫描的表面上扫描线的弯曲可被校正。

根据下面对优选实施例的描述并参照附图，本发明的进一步的特征将变得显而易见。

附图说明

图1A是根据本发明的第一实施例的主扫描截面，图1B是根据本发明的第一实施例的副扫描截面。

图2示出根据本发明的第一实施例的fθ透镜的子午线的曲率半径。

图3示出根据本发明的第一实施例的母线的曲率。

图4示出根据本发明的第一实施例的在不同像高的光点的形状。

图5示出根据本发明的第一实施例的扫描线的曲率。

图6示出根据本发明的第一实施例的复曲面透镜的透镜表面的形状。

图7是根据本发明的实施例的成像装置的副扫描截面。

图8是根据本发明的实施例的彩色图像形成装置的主要部分的示图。

具体实施方式

下面参照附图将描述本发明的实施例。

第一实施例

图1A是根据本发明的第一实施例的主扫描方向的主要部分的截面图(主扫描截面)，图1B是根据本发明的第一实施例的副扫描方向的主要部分的截面图(副扫描截面)。

在这里，主扫描方向为垂直于光偏转器的旋转轴和成像光学系统的光轴的方向(光束通过光偏转器被偏转的方向)。在这里，副扫描方向为平行于光偏转器的旋转轴的方向。而且，主扫描截面为平行于主扫描方向的包括成像光学系统的光轴的平面。此外，副扫描截面为垂直于主扫描截面的截面。

在附图中，光源单元1可包括具有两个发光点的多束单片半导体激光器。在该实施例中，发光点的数量为两个，但是本发明不限于此，该数量也可为三个或更多或一个。

在副扫描截面中，仅在副扫描方向具有预定光焦度的柱面透镜2将入射光束聚焦在下面描述的光偏转器6的偏转平面(反射平面)6a上，以形成线图像。

光阑(aperture)3调节通过的光束并调整光束的形状。

球面透镜(聚焦透镜)4将通过光阑3调节的光束的状态变换为不同状态。

柱面透镜2和球面透镜4可为一个光学元件。

反射镜10向光偏转器6反射通过球面透镜4的光束。

入射光学系统5包括诸如柱面透镜2、光阑3、球面透镜4和反射镜10之类的部件。

在本实施例中，通过入射光学系统5，在主扫描截面中从光源单元1发射并进入偏转平面6a的光束的宽度大于光偏转器6的偏转平面6a的宽度(过满光学系统；OFS)。

光偏转器6起偏转单元的作用，并由可旋转多面镜(polygon

mirror)构成。通过诸如为马达(未示出)的驱动单元，光偏转器6按恒定速度以附图中箭头A的方向旋转。

成像光学系统18具有聚光功能和fθ特性，包括由树脂材料组成的单个复曲面透镜(fθ透镜)8，其主扫描方向的光焦度不同于副扫描方向的光焦度。在主扫描截面中，成像光学系统18将根据图像信息形成的通过光偏转器6偏转的光束聚焦在用作要被扫描的表面的感光鼓9的表面上，以形成光点。此外，在副扫描截面中，光偏转器6的偏转平面6a和感光鼓9的表面光学地共轭(conjugate)，用于表面倾斜校正。

根据本实施例中的复曲面透镜8，连接形成曲线的第二透镜表面(出射平面)R2的子午线(meridian)的曲率中心不位于同一平面(即公共平面)；连接形成曲线的第一透镜表面(入射平面)R1的子午线的曲率中心位于同一平面(即公共平面)Ha。此外，第一透镜表面R1为复曲面，并且子午线的曲率半径取决于主扫描方向的半径的位置而改变。就是说，第一透镜表面R1的子午线的曲率半径大小从成像光学系统的光轴(复曲面的中心)向外围变化。

感光鼓9的表面用作要被扫描的表面，焦斑按照恒定速度沿主扫描方向扫描感光鼓9的表面。

在本实施例中，通过柱面透镜2，从光源单元1发射的两个光束在主扫描截面中被变换成发散光束并在副扫描截面中被变换成略微发散光束。然后，光束通过光阑3(每个光束的一部分被光阑3遮住)并进入球面透镜4。在主扫描截面中，球面透镜4将入射光束变换成略微会聚光束。略微会聚光束通过反射镜10从光偏转器6的偏转平面6a的偏转角(扫描角)的中心(要被扫描的表面上扫描范围的中心)进入偏转平面6a(正面入射)。此时，主扫描截面中，入射在偏转平面6a上的入射光束的宽度相对于光偏转器6的偏转平面6a的小平面宽度(facet width)为充分宽(OFS)。另一方面，在副扫描截面中，入射光束被聚焦在光偏转器6的偏转平面6a上，以形成线图像(沿主扫描方向延伸)。此时，在包括光偏转器6的旋转轴和成像光学系统18的光轴的副扫描截面中，相对于与光偏转器6的旋转轴垂直的平面(光偏转器6的旋转平面)，入射光束以预定角度倾斜地入射在偏转平面6a上(斜入射光学系统)。就是说，在副扫描截面中，入射在偏转平面6a上的光束的主光线相对于偏转平面6a倾斜。

然后，从光偏转器6的偏转平面6a偏转的两个光束通过复曲面透镜8被引导到感光鼓9的表面，并且，通过以箭头A的方向旋转光偏转器6，光束以箭头B的方向(主扫描方向)扫描感光鼓9的表面。用这种方法，图像被记录在用作记录介质的感光鼓9的表面上。

在本实施例中，最大扫描角度被设置为±40.5°的宽角度，并且从光偏转器6的偏转平面6a到感光鼓9的表面的光路的长度Ld减小，使得整个光学扫描装置变得紧凑。而且，在本实施例中，在副扫描截面中，入射在偏转平面6a上的入射光束以预定角度(在本实施例中为3°)相对于偏转平面6a倾斜，使得在副扫描截面中从光偏转器6的偏转平面6a偏转的扫描光束可被容易地空间分离。

而且，在本实施例中，为简单起见，成像光学系统18仅包括一个复曲面透镜8(降低成本)。此外，为了对于仅具有一个复曲面透镜8确保在宽扫描角度上充分的fθ性能，主扫描截面中定义的主扫描方向的复曲面透镜8的母线为具有如图1A中所示的拐点的非弧形(鸥翼形)。

由于主扫描方向的复曲面透镜8的母线具有如上述的拐点，所以沿子午线方向(副扫描方向)的主点的位置需要通过相对于主扫描方向连续地改变复曲面透镜8的第一透镜表面(入射平面)R1和第二透镜表面(出射平面)R2的曲率半径根据像高被积极地改变，以确保沿副扫描方向的放大倍率的均一性。

因此，在本实施例中，如图2中所示，复曲面透镜8的第一透镜表面R1和第二透镜表面R2的子午线的曲率半径R相对于主扫描方向被连续地改变，以确保沿副扫描方向的放大倍率的均一性。就是说，第一透镜表面(复曲面)R1和第二透镜表面(复曲面)R2的子午线的曲率半径R大小从成像光学系统的光轴(复曲面的中心)向外围变化。

图2示出相对于主扫描方向距复曲面的中心的位置(成像光学系统的光轴)根据本实施例的复曲面透镜8的第一透镜表面(复曲面)R1和第二透镜表面(复曲面)R2的子午线的曲率半径R。

在图2中，连接形成曲线的第一透镜表面R1的子午线的曲率中心位于同一平面(即公共平面)Ha中，并且连接形成曲线的第二透镜表面R2的子午线的曲率中心不位于同一平面(即公共平面)中。在第二透镜表面R2的每个区域中，通过连接子午线的顶点而形成的第二透镜表面R2的母线沿副扫描方向弯曲。然而，根据本发明，连接形成曲线的第二透镜表面R2的子午线的曲率中心可位于同一平面(即公共平面)Ha中，并且连接形成曲线的第一透镜表面R1的子午线的曲率中心可能不位于同一平面(即公共平面)中。

如从图2中清楚看到的，复曲面的外部(远离成像光学系统的光轴)的第二透镜表面(复曲面)R2的子午线的曲率半径R大于中心部(靠近成像光学系统的光轴)的那些子午线的曲率半径。子午线的曲率半径R在以下范围：

-11<R<-22(mm)

因此，在所使用透镜的整个区域上，子午线的曲率半径R为充分小，并可预期母线弯曲的效果。

另一方面，外部(远离成像光学系统的光轴)的第一透镜表面(复曲面)R1的子午线的曲率半径R大于中心部(靠近成像光学系统的光轴)的那些子午线曲率半径，子午线的曲率半径R在端部被设置为约-172mm的较大值。

在图2中，第一透镜表面R1的区域Da1和Da2满足以下条件：

100≤|Ra|(mm)

其中Ra表示主扫描方向的子午线的曲率半径。

在靠近端部的第一透镜表面R1的子午线的曲率半径Ra大的位置，沿子午线方向的光焦度1/Ra小。因此，绕光轴旋转复曲面透镜8的效果很小，从而，即使当母线沿副扫描方向剧烈弯曲时，抵消由透镜表面给予偏转光束的折光力的方向(主扫描方向和副扫描方向)的偏离(旋转)引起的影响的效果也很小。

因此，在本实施例中，由于可预期副扫描方向的第二透镜表面R2的母线的曲率，所以仅复曲面透镜8的第二透镜表面R2的母线沿副扫描方向弯曲(连接形成曲线的第二透镜表面R2的子午线的曲率中心不位于同一平面(即公共平面))，并且第一透镜表面R1的母线不沿副扫描方向弯曲(连接形成曲线的第一透镜表面R1的子午线的曲率中心位于同一平面(即公共平面)Ha)，使得有效减小成像性能的劣化。

而且，在本实施例中，如图1B中所示，其中复曲面透镜8的第一透镜表面R1的子午线的曲率中心所位于的平面Ha不平行于入射在复曲面透镜8上朝感光鼓9的表面的中央像高(光轴和要被扫描表面的相交点的高度)传播的入射光束的主光线。具体地说，在副扫描截面中，复曲面透镜8倾斜5°，使得第一透镜表面R1也可产生抵消由透镜表面给予偏转光束的折光力的方向(主扫描方向和副扫描方向)的偏离(旋转)引起的影响的效果。

用这种方式，即使副扫描方向的第一透镜表面R1的母线的弯曲不产生效果，也可适当校正图像性能的劣化和扫描线的弯曲。而且，由于副扫描方向的第二透镜表面R2的母线的弯曲(校正成像性能的劣化和扫描线的弯曲所需的弯曲)可以很小，由透镜制造期间产生的母线的大的弯曲引起的透镜扭曲可被调节。因此，透镜制造容易。

图3示出根据本实施例的复曲面透镜8的第一透镜表面R1和第二透镜表面R2的母线的形状。如从图3中清楚看到的，仅第二透镜表面R2的母线沿Z方向弯曲，弯曲程度△A为30μm，其充分小并对透镜的制造不会产生任何问题。

当光轴和弯曲的第二透镜表面R2的相交点被定义为原点并且在副扫描截面中与光轴正交的轴被定义为Z轴(靠近偏转单元的偏转点一侧为负)时，图3中的Z坐标表示Z方向的第二透镜表面R2的子午线的曲率半径的中心位置的高度。因此，在图3中Z方向的第二透镜表面R2的母线的弯曲程度△A可由以下表达式表示：

△A＝|Zmax-Zmin|(mm)

其中Zmax和Zmin分别表示Z方向的复曲面的子午线的曲率半径的中心位置的最大值和最小值。由于第二透镜表面R2中Zmax为0.03mm并且Zmin为0mm，所以Z方向的第二透镜表面R2的母线的弯曲程度△A为0.03mm。此时，弯曲程度△A满足以下条件：

0≤△A≤1(mm)

当满足该条件的表达式时，由透镜制造期间产生的母线的大的弯曲引起的透镜扭曲可被调节。而且，在该实施例中，沿主扫描方向透镜的外端部分的第二透镜表面R2的母线的Z坐标大于中心部分的Z坐标(靠近偏转单元的偏转点一侧为负)，使得由圆锥形扫描引起的光点的旋转和扫描线的弯曲被调节。

图4示出根据该实施例的像高Y为-107、-100、-90、-53.5和0时焦斑的形状。如从图4中清楚看到的，在所有的像高中，焦斑的形状是合适的。

图5示出根据本实施例的感光鼓的表面上扫描线的弯曲。如从图5中清楚看到的，在±107mm的有效扫描区域的范围内，扫描线的弯曲程度被调节为30μm或更低，对于600dpi(分辨率42.3μm)的扫描线密度，其为一像素或更低，从而确保充分的光学性能。

在本实施例中，副扫描截面中复曲面透镜8的倾斜角和相对于副扫描方向的母线的弯曲程度都被利用。因此，即使当最大扫描角(最大视角)或相对于副扫描截面中定义的偏转平面入射在光偏转器的偏转平面上的入射光束的倾斜角很大、从而成像性能的劣化和由圆锥形扫描引起的扫描线的弯曲很大时，这些也可被校正使得可以被忽略。

在本实施例中，复曲面透镜8的第一透镜表面R1和第二透镜表面R2的子午线的曲率半径相对于主扫描方向变化，使得考虑到主扫描方向的复曲面透镜8的母线形状，确保副扫描方向的放大倍率的均一性。然而，本发明不限于以上的描述，例如，只要充分确保副扫描方向的放大倍率的均一性，子午线的曲率半径可为常数。

而且，在本实施例中，在副扫描截面中，复曲面透镜8的光轴相对于扫描光束的主光线被倾斜。然而，本发明不限于此，例如，当相对于副扫描截面中定义的偏转平面入射在光偏转器的偏转平面上的入射光束的倾斜角小并且由圆锥形扫描引起的成像性能的劣化可以忽略时，相对于副扫描截面中的扫描光束的主光线复曲面透镜8的光轴可不倾斜。通过仅沿副扫描方向弯曲复曲面透镜8的一个透镜表面的母线，也可实现如本实施例中相似的效果。

此外，在本实施例中，由于入射光束从偏转平面的偏转角的中心入射在光偏转器上(正面入射)，所以在主扫描截面中复曲面透镜8相对于成像光学系统的光轴是对称的。然而，本发明不限于此，在主扫描截面中，复曲面透镜8相对于成像光学系统的光轴也可以是非对称的。

而且，在本实施例中，主扫描方向的入射系统的F数(Fno)为7并且副扫描方向的入射系统的F数为6.4，因此，副扫描方向的入射系统的F数小于(即亮于)主扫描方向的入射系统的F数。从而，入射光学系统5从光源单元1侧按顺序包括柱面透镜2和球面透镜4，使得光路的长度被缩短。然而，本发明不限于此，例如，在光路中，也可从光源单元1侧顺序设置球面透镜4和柱面透镜2。

而且，在本实施例中，入射光学系统5为OFS。然而，本发明不限于此，例如，未满光学系统(UFS)的入射光学系统5可产生如第一实施例的相似效果。此外，在本实施例中，入射在光偏转器6上的光束略微地会聚。然而，本发明不限于此，例如，平行或略微发散的光束也可被使用以产生如第一实施例中相似的效果。

而且，在本实施例中，成像光学系统18为单光路形式。然而，本发明不限于此，例如，成像光学系统18可为双光路形式。此外，在本实施例中，成像光学系统18仅包括一个透镜。然而，本发明不限于此，例如，成像光学系统18可包括多个透镜。此外，成像光学系统18可包括曲面镜或衍射光学元件。单光路系统在这里指仅从光偏转器6的偏转平面6a偏转并到达要被扫描的表面的扫描光束通过成像光学系统18的复曲面透镜8的光学系统。双光路系统在这里指从光偏转器6的偏转平面6a偏转并到达要被扫描的表面的扫描光束和入射在光偏转器6的偏转平面6a上的入射光束通过成像光学系统18的复曲面透镜8的光学系统。

而且，在本实施例中，在主扫描截面中，入射在光偏转器6的偏转平面6a上的光束从偏转平面的偏转角的中心进入偏转平面6a(正面入射)。就是说，入射在光偏转器6的偏转平面6a上的光束沿成像光学系统的光轴方向进入偏转平面6a。然而，本发明不限于此，例如，在主扫描截面中，入射在光偏转器6的偏转平面6a上的光束可倾斜地进入偏转平面6a。

而且，在本实施例中，复曲面透镜8的两个表面相对于主扫描方向为非弧形，使得通过仅使用一个复曲面透镜，可获得fθ特性。然而，本发明不限于此，例如，相对于主扫描方向复曲面透镜的弧形表面也可产生如第一实施例中相似的效果。此外，在本实施例中，复曲面透镜8由树脂构成。然而，本发明不限于此，例如，由玻璃构成的复曲面透镜也可产生如第一实施例中相似的效果。

下面，表1中将示出根据本实施例的光学扫描装置的配置。表2中将示出根据本实施例的扫描光学系统的曲率半径R、间隔D和折射率N。表3中将示出根据本实施例的复曲面透镜(fθ透镜)8的非球面形状。

表1：第一实施例中的配置

表2：第一实施例中扫描光学系统的说明

表3：第一实施例中成像光学系统的非球面形状

复曲面透镜8的第一透镜表面R1的非球面形状由后面的表达式定义。

当光轴和第一透镜表面R1的相交点被定义为原点、沿光轴方向的轴被定义为X轴、主扫描截面中与光轴正交的轴被定义为Y轴、副扫描截面中与光轴正交的轴被定义为Z轴时，母线被定义为复曲面透镜8的第一透镜表面R1上的线(其中第一透镜表面R1通过X-Y平面被切割)，子午线被定义为复曲面透镜8的第一透镜表面R1上的线(其中第一透镜表面R1通过平行于Z轴的切割平面被切割)，每个平面包括在Z＝0位置垂直于曲面的线。此时，母线的形状由表达式1表示。

表达式1：

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

其中，R表示曲率半径，K、B₄、B₆、B₈和B₁₀表示母线的非球面系数。

子午线的形状由表达式2表示。

表达式2：

$S=\frac{Z^2/r\&prime;}{1+\sqrt{(1-{(Z/r\&prime;)}^2}}---\left(2\right)$

此时，作为Y值的函数变化的曲率半径r＇由表达式3表示。

表达式3：

r¹＝r₀×(1+D₂Y²+D₄Y⁴+D₆Y⁶+D₈Y⁸+D₁₀Y¹⁰)              (3)

其中，S表示在Z＝0位置子午线上的点和子午线上另一个点之间、在Z＝0时垂直于透镜的曲面的线的方向上的距离，r₀表示光轴上子午线的曲率半径，D₂、D₄、D₆、D₈和D₁₀为系数。

图6说明复曲面透镜(fθ透镜)8的第二透镜表面(复曲面)R2的形状。如第一透镜表面R1的情况，第二透镜表面R2的母线的形状由表达式1表示，子午线的形状由表达式2和3表示。而且，在示图中，复曲面透镜的光轴对应于X轴，并且主扫描方向为沿着Y轴。通过连接子午线的顶点，母线被形成，并且，母线的Z轴分量由以下表达式表示为Y坐标的多项式：

Z＝∑ AiYi(i＝0，1，2，…)

此时，当光轴和第二透镜表面R2的相交点被定义为原点、沿光轴方向的轴被定义为X轴、主扫描截面中与光轴正交的轴被定义为Y轴、副扫描截面中与光轴正交的轴被定义为Z轴时，子午线被定义为复曲面透镜8的第二透镜表面R2上的线(其中第二透镜表面R2通过平行于Z轴的切割平面被切割)，每个平面包括在Z＝0位置垂直于曲面的线。在本实施例中，Z轴分量由6次多项式表示。该表达式表示投射到Y-Z平面的副扫描方向的母线弯曲的程度，对应于上述图6所述。

[成像装置]

图7为根据本发明的实施例的成像装置的主要部分的副扫描截面。在图中，成像装置104接收通过诸如个人计算机之类的外部设备117输入的代码数据Dc。通过装置中的打印机控制器111，代码数据Dc被变换成图像数据(点数据)Di。图像数据Di被输入到具有第一实施例中所描述结构的光扫描单元100。光扫描单元100发射根据图像数据Di调制的光束103，光束103在主扫描截面中扫描感光鼓101的感光表面。

作为静电潜像的载体(光电导体)的感光鼓101通过马达115沿顺时针方向旋转。随着该旋转，在与主扫描截面正交的副扫描截面中，感光鼓101的感光表面相对于光束103移动。均匀地给感光鼓101的表面充电的充电辊102被设置在感光鼓101的上方位置，以和该表面接触。由光扫描单元100发射的光束103入射在由充电辊102充电的感光鼓101的表面上。

如上所述，光束103根据图像数据Di被调制，并且光束103的照射在感光鼓101的表面上形成静电潜像。通过与光束103的照射位置相比更进一步设置在感光鼓101的旋转方向的下游以与感光鼓101接触的显影单元107，静电潜像被显影为调色剂图像。

通过设置在感光鼓101的下方以面对感光鼓101的转印辊108，由显影单元107显影的调色剂图像被转印到作为记录材料的纸张112上。纸张112被容纳在设置在感光鼓101前部(图7中右侧)的片材盒109中，然而手工进纸也是可行的。进纸辊110被设置在片材盒109的端部，以将片材盒109中的纸张112进给到进纸通道。

然后，转印了未定影调色剂图像的纸张112被进给到设置在感光鼓101的后部(图7中左侧)的定影单元。定影单元包括其中具有定影加热器(未示出)的定影辊113和与定影辊113压接的加压辊114。从转印单元进给的纸张112在定影辊113和加压辊114的加压部分之间被加压的同时被加热，从而调色剂图像被定影在纸张112上。此外，排纸辊116被设置在定影辊113的后部，使得调色剂图像被定影在其上的纸张112从成像装置被排出。

尽管图7中未示出，打印机控制器111不仅如上所述变换数据，而且控制成像装置内诸如马达115、多面马达(polygon motor)的部件和下述的扫描单元内类似的部件。

本发明使用的成像装置的记录密度不被特别限定。然而，由于记录密度变得更高时需要更高的分辨率，所以，在1200dpi或更高分辨率的成像装置中，根据本发明的第一实施例的结构更有效。

[彩色图像形成装置]

图8为根据本发明的实施例的彩色图像形成装置的主要部分的示图。根据该实施例的彩色图像形成装置为具有相互平行设置的4个光学扫描装置(每个都在作为图像载体的感光鼓的表面上分别记录图像信息)的级联型。图8示出了彩色图像形成装置60，每个均具有根据第一实施例的结构的光学扫描装置11、12、13和14，每个均用作图像载体的感光鼓21、22、23和24，显影单元31、32、33和34和输送带51。

在图8中，彩色图像形成装置60接收通过诸如个人计算机之类的外部设备52输入的红(R)、绿(G)和蓝(B)的色彩信号(color signal)。通过装置中的打印机控制器53，这些色彩信号被变换成青(C)、品红(M)、黄(Y)和黑(K)的图像数据(点数据)。图像数据被输入到相应的光学扫描装置11、12、13和14。这些光学扫描装置11、12、13和14分别发射根据图像数据调制的光束41、42、43和44，并且每个光束41、42、43和44在主扫描截面中扫描各自的感光鼓21、22、23和24的感光表面。

根据本实施例的彩色图像形成装置包括分别对应于C、M、Y和K颜色的4个对齐的光学扫描装置11、12、13和14。光学扫描装置11、12、13和14在相互级联的感光鼓21、22、23和24的表面上记录图像信号(图像信息)。用这种方式，可以高速打印彩色图像。

如上所述，通过使用4个光学扫描装置11、12、13和14(其具有根据4种颜色的图像数据形成的光束)，根据本实施例的彩色图像形成装置在相应的感光鼓21、22、23和24的表面上形成4种颜色的潜像。随后，潜像被转印到记录材料，以被重叠，由此形成全色图像。

例如，包括电荷耦合器件(CCD)传感器的彩色图像读取设备可被用作外部设备52。在这种情况下，彩色图像读取设备和彩色图像形成装置60形成彩色数字复印机。

尽管根据优选实施例已经描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开优选实施例。以下权利要求的范围与更广泛的描述相符，以包含所有的修改、等同结构和功能。

Claims (11)

1.一种光学扫描装置，包括：

光源单元；

入射光学系统，用于将从光源单元发射的光束引向偏转单元；和

成像光学系统，用于将从偏转单元偏转的光束引导到要被扫描的表面，其中

成像光学系统包括复曲面透镜，该复曲面透镜的主扫描方向的光焦度不同于副扫描方向的光焦度；

连接形成曲线的复曲面透镜的第一复曲面的子午线的曲率中心位于公共平面Ha，并且连接形成曲线的第二复曲面的子午线的曲率中心不位于同一平面；

在入射光学系统中，在副扫描截面中从光源单元发射的并进入偏转单元的偏转平面的光束的方向相对于偏转平面倾斜；

第二复曲面的母线的弯曲程度△A满足下列条件：

0≤△A≤1

△A＝|Zmax-Zmin|，其中△A的单位为mm，

当第二复曲面的光轴和透镜的第二复曲面的相交点被定义为原点并且在副扫描截面中与光轴正交的轴被定义为Z轴时，Zmax和Zmin分别表示Z方向的第二复曲面的子午线的曲率半径的中心位置的最大值和最小值；并且

在所使用透镜的整个区域上，第二复曲面的子午线的曲率半径R在以下范围：

-11mm<R<-22mm。

2.根据权利要求1的光学扫描装置，其中

复曲面透镜的第一复曲面的子午线的曲率半径的大小从成像光学系统的光轴向外围变大。

3.根据权利要求1的光学扫描装置，其中

在副扫描截面中，所述公共平面Ha不平行于入射在复曲面透镜上的朝要被扫描的表面的中央像高传播的入射光束的主光线。

4.根据权利要求1的光学扫描装置，其中

复曲面透镜的第一复曲面具有满足以下条件的区域：

100≤|Ra|，其中Ra的单位为mm，

其中Ra表示第一复曲面的子午线的曲率半径。

5.根据权利要求1的光学扫描装置，其中

成像光学系统包括一个复曲面透镜。

6.根据权利要求1的光学扫描装置，其中

通过连接第二复曲面的每个区域中的子午线的顶点而形成的复曲面透镜的第二复曲面的母线沿副扫描方向弯曲。

7.根据权利要求1的光学扫描装置，其中

复曲面透镜的第一复曲面和第二复曲面的子午线的曲率半径的大小从成像光学系统的光轴向外围变大。

8.一种成像装置，包括：

根据权利要求1-7的任何一个的光学扫描装置；

感光部件，其被设置在要被扫描的表面上；

显影单元，用于将感光部件上的静电潜像显影为调色剂图像，该静电潜像由光学扫描装置发射的并扫描感光部件的光束形成；

转印单元，用于将显影的调色剂图像转印到记录材料上；和

定影单元，用于将转印的调色剂图像定影在记录材料上。

9.一种成像装置，包括：

根据权利要求1-7的任何一个的光学扫描装置；和

打印机控制器，其将通过外部设备输入的代码数据变换成图像信号，并将该信号发送到光学扫描装置。

10.一种彩色图像形成装置，包括：

多个根据权利要求1-7的任何一个的光学扫描装置；和

多个图像载体，被设置在光学扫描装置的要被扫描的平面上并且每个都形成相应颜色的图像。

11.根据权利要求10的彩色图像形成装置，还包括：

打印机控制器，用于将通过外部设备输入的色彩信号变换成不同颜色的图像数据并且将数据发送到相应的光学扫描装置。

Images