CN100520489C - 光学扫描设备以及使用该光学扫描设备的图像形成设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能够优选地修正fθ特性、像场弯曲以及其他像差的紧凑的光学扫描设备，以及使用该光学扫描设备的图像形成设备，该光学扫描设备包括：入射光学系统(LA)，用于将光束从光源(1)引导至偏转器(4)；以及成像光学系统(LB)，用于将光束引导至扫描表面(7)，其中满足θ1＜θ3以及θ2＜θ3的扫描视场角区域存在于有效扫描视场角区域中，其中在主扫描截面中并且对于扫描视场角θ1，θ2表示入射到包含在成像光学系统中且最接近扫描表面的光学元件上的光束的主光线与成像光学系统的光轴之间的角，并且θ3表示来自该光学元件的光束的主光线与光轴之间的角。

Description

光学扫描设备以及使用该光学扫描设备的图像形成设备

技术领域

本发明涉及光学扫描设备以及使用该光学扫描设备的图像形成设备。例如，本发明适用于采用电子照像处理的图像形成设备，诸如激光束打印机、数字复印机或多功能打印机。

背景技术

直到如今，在光学扫描设备中，在光源单元中响应于图像信号被光学调制并且从光源单元中发射的光束例如由包括多面反射镜的光学偏转器被周期性地偏转。

由光学偏转器偏转的光束通过具有fθ特性的成像光学系统在感光记录介质的表面上会聚成光斑形状。

因此，感光记录介质的表面被光束扫描，以执行图像记录。

近年来，诸如激光束打印机、数字复印机或多功能打印机的整个图像形成设备在尺寸减小以及简化(成本降低)方面具有进步。

由于这种进步，希望使光学扫描设备更加紧凑和简单。

因此，直到如今，已经提出了设计成紧凑的各种光学扫描设备(日本专利申请特开No.2001-296491以及日本专利申请特开No.2000-267030)。

根据日本专利申请特开No.2001-296491，为了缩短光学偏转器的偏转表面和待扫描表面之间的间隔(光路长度)，提高了扫描视场角。此外，适当地设定包括在成像光学系统中的成像透镜在主扫描方向上的形状(子午线形状)。

日本专利申请特开No.2000-267030公开了一种光学扫描设备，其中在主扫描截面中，会聚的光束入射到成像透镜上。

根据日本专利申请特开No.2000-267030，在主扫描截面中，设定成像光学系统的子午线形状，使得在扫描视场角小于最大有效扫描视场角的77％的情况下，入射到成像光学系统上的光束在远离光轴的方向中折射，并且在扫描视场角大于最大有效扫描视场角的77％的情况下，入射到成像光学系统上的光束在靠近光轴的方向中折射(见图18)。

在日本专利申请特开No.2001-296491的情况下，在主扫描截面中，设定成像光学系统的子午线形状，使得入射到成像光学系统上的光束在所有扫描视场角的情况下都在靠近光轴的方向中折射。因此，当要缩短该间隔以用相同的扫描宽度执行扫描时，有必要进一步提高扫描视场角。

然而，当提高扫描视场角时，在扫描视场角大的扫描视场角区域中，折射光束所必需的量变得非常大。

由于这个原因，产生了一个问题，即在光学偏转器的偏转表面和待扫描表面之间的光路长度短的光学系统中，无法修正fθ特性、像场弯曲以及其他像差。

在日本专利申请特开No.2000-267030的情况下，设定成像光学系统的子午线形状，使得在扫描视场角小于最大有效扫描视场角的77％的情况下，入射到成像光学系统上的光束在远离光轴的方向中折射。

在如上设定的成像光学系统中，当要进一步缩短光学偏转器的偏转表面和待扫描表面之间的间隔(光路长度)时，在其扫描视场小的区域中，在远离光轴的方向中折射光束所必需的量变得非常大。因此，产生一个问题，即，无法修正fθ特性、像场弯曲以及其他像差，或者子午线形状失真。

根据日本专利申请特开No.2000-267030，在主扫描截面中，设定布置得最接近待扫描表面的成像透镜的子午线形状，使得在成像透镜的整个区域中满足θ2>θ3，其中θ2表示入射到成像透镜上的光束和光轴之间形成的角，并且θ3表示从成像透镜发射的光束和光轴之间形成的角(见图17)。

在沿着偏转单元和待扫描单元之间的光路的表面间隔当中，成像透镜的最终表面和待扫描表面之间的间隔(光路长度)是最长的间隔。因此，当子午线形状设定为满足θ2>θ3时，即使以相同的扫描视场角，也不能充分地获得从光轴移动被偏转和反射的光束所到达的待扫描表面7上的位置的效果。因此，产生一个问题，即光路长度不能缩短。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种能够按照所希望的那样修正fθ特性、像场弯曲以及其他像差的紧凑的光学扫描设备，以及使用该光学扫描设备的图像形成设备。

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：光源单元；偏转单元；入射光学系统，用于将从光源单元发射的光束引导至偏转单元；以及成像光学系统，用于将由偏转单元偏转的光束成像在待扫描表面上，其中满足以下条件：0.3<Sd/L<1，其中L(毫米)表示偏转单元的偏转表面和待扫描表面之间在成像光学系统的光轴方向上的间隔，并且Sd(毫米)表示偏转单元的偏转表面和自然会聚点之间的间隔，并且满足|θ1|<|θ3|以及|θ2|<|θ3|的扫描视场角区域存在于整个有效扫描视场角区域中，其中在主扫描截面中且对于有限扫描视场角θ1(度)，θ2(度)表示入射到包含在成像光学系统中的成像光学元件LR上的光束的主光线与成像光学系统的光轴之间形成的角，θ3(度)表示从包含在成像光学系统中的成像光学元件LR发射的光束的主光线与成像光学系统的光轴之间形成的角。

根据本发明的另一个方面，在光学扫描设备中，随着扫描视场角绝对值|θ1|增大，扫描视场角区域从满足|θ1|<|θ3|以及|θ2|<|θ3|的区域改变成满足|θ1|>|θ3|以及|θ2|>|θ3|的区域。

根据本发明的另一个方面，在光学扫描设备中，令θa(弧度)为有限的扫描视场角，θmax(弧度)为有效扫描区域中的最大扫描视场角，K(毫米/弧度)为fθ因子，并且θ(弧度)为任意扫描视场角，则满足以下条件：|L×tanθa|＝|K×θa|(0<|θa|<|θmax|)，以及0.3<|θa|/|θmax|<0.7，并且存在满足以下条件的扫描视场角θa：|L×tanθ|<|K×θ|(当0<|θ|<|θa|时)，以及|L×tanθ|>|K×θ|(当|θa|<|θ|≤|θmax|时)。

根据本发明的另一个方面，提供了一种光学扫描设备，包括：光源单元；偏转单元；入射光学系统，用于将从光源单元发射的光束引导至偏转单元；以及成像光学系统，用于将由偏转单元偏转的光束成像在待扫描表面上，其中满足以下条件：0.3<Sd/L<1，其中L(毫米)表示偏转单元的偏转表面和待扫描表面之间在成像光学系统的光轴方向上的间隔，并且Sd(毫米)表示偏转单元的偏转表面和自然会聚点之间的间隔，其中令θa(弧度)为有限的扫描视场角，θmax(弧度)为有效扫描区域中的最大扫描视场角，K(毫米/弧度)为fθ因子，并且θ(弧度)为任意扫描视场角，则满足以下条件：|L×tanθa|＝|K×θa|(0<|θa|<|θmax|)，以及0.3<|θa|/|θmax|<0.7，并且存在满足以下条件的扫描视场角θa：|L×tanθ|<|K×θ|(当θ<|θ|<|θa|时)，以及|L×tanθ|>|K×θ|(当|θa|<|θ|≤|θmax|时)。

根据本发明的另一个方面，在光学扫描设备中，满足以下条件：0.85≤W/2L，其中L(毫米)表示偏转单元的偏转表面和待扫描表面之间在成像光学系统的光轴方向上的间隔，并且W(毫米)表示待扫描表面上的有效扫描宽度。

根据本发明的另一个方面，在光学扫描设备中，满足条件：L≤125(毫米)。

根据本发明的另一个方面，在光学扫描设备中，最大扫描视场角等于或者大于30(度)。

根据本发明的另一个方面，在光学扫描设备中，整个成像光学系统在主扫描截面中具有负的轴向焦度。

根据本发明的另一个方面，在光学扫描设备中，成像光学元件是成像光学系统中所包含的光学元件当中最接近待扫描表面的光学元件，并且该成像光学元件在主扫描截面上具有负的轴向焦度。

根据本发明的另一个方面，在光学扫描设备中，整个成像光学系统在整个有效扫描视场角区域中，在主扫描截面中具有负的轴向焦度。根据本发明的另一个方面，在光学扫描设备中，在包含在成像光学系统中的最接近待扫描表面的成像光学元件的待扫描表面侧的表面与待扫描表面之间在光轴方向上的间隔，比位于偏转单元和待扫描表面之间的光学元件的表面之间在光轴方向上的每个间隔都更宽。

根据本发明的另一个方面，在光学扫描设备中，成像光学元件在主扫描截面上具有厚度，该厚度随着从成像光学元件的光轴向离轴的位置移动而增大然后减小。

根据本发明的另一个方面，在光学扫描设备中，组成成像光学系统的每一个成像光学元件在主扫描截面中具有负的轴向焦度。

根据本发明的另一个方面，在光学扫描设备中，成像光学元件具有光学表面，该光学表面位于偏转单元侧，并且随着从成像光学元件的中心向其每个边缘部分移动，该光学表面在主扫描方向上具有从凸形形状向凹形形状反转的形状。根据本发明的另一个方面，在光学扫描设备中，成像光学元件具有光学表面，该光学表面位于待扫描表面侧，并且随着从成像光学元件的中心向其每个边缘部分移动，该光学表面在主扫描方向上具有从凹形形状向凸形形状反转的形状。

根据本发明的另一个方面，在光学扫描设备中，成像光学元件包括入射表面和出射表面，每一个表面具有这样一种形状，其中主扫描截面中的有效扫描区域边缘中的表面位置比该成像光学元件的表面顶点位置更加接近偏转单元。

根据本发明的另一个方面，在光学扫描设备中，成像光学元件的轴向形状是主扫描截面中的弯月形状。

根据本发明的另一个方面，提供了一种图像形成设备，包括：如上所述的光学扫描设备；位于待扫描表面上的感光部件；显影装置，把用光束通过光学扫描设备扫描而形成在感光部件上的静电潜像显影作为调色剂图像；转印装置，用于将显影的调色剂图像转印到待转印材料上；以及定影装置，用于将转印的调色剂图像定影在待转印的材料上。

根据本发明的另一个方面，提供了一种图像形成设备，包括：如上所述的光学扫描设备；和打印机控制器，其将从外部装置输入的代码数据转换成图像信号，并将该图像信号输出到光学扫描设备。

根据本发明，可能实现紧凑的光学扫描设备以及使用该光学扫描设备的图像形成设备，该光学扫描设备能够按照所希望的那样修正fθ特性、像场弯曲以及其他像差，以便获得高分辨率和高质量图像。

本发明的其他特征将在以下参照附图的示例性实施例的描述中变得清晰。

附图说明

图1是示出根据本发明实施例1的光学扫描设备的主扫描截面图。

图2是示出根据本发明实施例1的θ1、θ2和θ3的示意图。

图3是示出常规光学扫描设备中θ1和θ3之间的关系的曲线图。

图4是示出根据本发明实施例1的θ1和θ3之间的相关性的曲线图。

图5是示出根据本发明实施例1的θ2和θ3之间的相关性的曲线图。

图6示出根据本发明实施例1的布置得最接近待扫描表面的透镜的厚度。

图7是示出根据本发明实施例1的fθ性能的曲线图。

图8是示出根据本发明实施例1的主扫描方向上的像场弯曲的曲线图。

图9是示出根据本发明实施例1的主扫描方向上的每个像差的曲线图。

图10是示出常规光学扫描设备(日本专利申请特开No.2001-296491)中的|K×θ|与L×tanθ之间的相关性的曲线图。

图11是示出常规光学扫描设备(日本专利申请特开No.2001-296491)中的|K×θ|与L×tanθ之间的关系的示意图。

图12是示出根据本发明实施例1的|K×θ|与L×tanθ之间的相关性的曲线图。

图13是示出根据本发明实施例1的|K×θ|与L×tanθ之间的关系的示意图。

图14是示出根据本发明实施例1的主扫描方向上的部分放大倍率的曲线图。

图15是示出根据本发明一个实施例的图像形成设备的副扫描截面图。

图16是示出根据本发明的一个实施例的彩色图像形成设备的主要部分的示意图。

图17是示出常规光学扫描设备(日本专利申请特开No.2000-267030)中的θ2和θ3之间的相关性的曲线图。

图18是示出常规光学扫描设备(日本专利申请特开No.2000-267030)中的|K×θ|与L×tanθ之间的相关性的曲线图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。

(实施例1)

图1是示出根据本发明实施例1的主扫描方向上的主要部分的截面图(主扫描截面图)。

在以下描述中，主扫描方向指的是与偏转单元的旋转轴(或振荡轴)和成像光学系统的光轴垂直的方向(由偏转单元反射和偏转(偏转用于扫描)的光束的行进方向)。副扫描方向指的是与偏转单元的旋转轴(或振荡轴)平行的方向。主扫描截面指的是包括主扫描方向和成像光学系统的光轴的平面。副扫描截面指的是垂直于主扫描横截面的截面。

在图1中，光源单元1是半导体激光器，其具有单个光发射部分(光发射点)。

在本实施例中，使用单个光束的半导体激光器。在本发明中，可以使用用于生成两个或者更多光束的多光束半导体激光器。

孔径(孔径光阑)3用于将从光源单元1发射的光束成形为所需的且适合的光束形状。

光束的波长λ为780nm(红外激光光束)。

变形透镜2在主扫描方向(主扫描截面)上和副扫描方向(幅扫描截面上)具有不同的焦度。

变形透镜2的第一表面(光入射表面)2a是凸球面，并且用于将来自光源单元1的发散光束转换成平行光束。

变形透镜2的第二表面(光出射表面)2b是变形表面，其在主扫描方向和副扫描方向上具有不同焦度。

在此实施例中，来自第一表面2a的平行光束由变形透镜2的第二表面2b转换成主扫描方向上的会聚光束，其要被成像在与以下所述的光学偏转器4的偏转表面(反射表面)5距离59.4毫米的地方。

来自第一表面2a的平行光束由变形透镜2的第二表面2b转换成副扫描方向上的会聚光束，其要被成像在光学偏转器4的偏转表面5上。

因此，根据变形透镜2，从光源单元1发射的光束作为纵向线性图像在主扫描方向上成像在光学偏转器4的偏转表面5上。

在此实施例中，设置了现场(under field)光学系统，其中入射到光学偏转器的偏转表面上的光束在主扫描方向上的宽度小于偏转面在主扫描方向上的宽度。

注意，变形透镜2构成入射光学系统LA的一个组件。

充当偏转单元的光学偏转器4例如包括以某个范围内的恒定角速度振荡的检电镜。光学偏转器4在图1中所示的箭头“A”所指示的方向上以恒定速度振荡。

成像光学系统LB具有会聚功能和fθ特性，并且由第一和第二成像透镜6a和6b构成。第一和第二成像透镜6a和6b中的每一个都具有在主扫描方向中的轴上的负焦度。此外，第一和第二成像透镜6a和6b中的每一个都具有在副扫描方向中的轴上的正焦度。

在此实施例中，成像光学系统LB在感光鼓表面7上对基于图像信息的光斑光束进行成像，其中该感光鼓表面7是主扫描截面中的待扫描表面，该光斑光束由光学偏转器4反射和偏转。

成像光学系统LB通过使光学偏转器4的偏转表面5和感光鼓表面7在副扫描截面中具有光学共轭关系，从而在偏转表面上实现光学表面歪斜误差修正。

作为待扫描表面的感光鼓表面7对应于记录介质表面。

在本实施例中，在半导体激光器1中基于图像信息被光学调制并且从中发射的光束通过孔径光阑3。光束的一部分被孔径光阑3阻挡。接着，光束入射到变形透镜2上，并且在主扫描截面和副扫描截面上被变形透镜2的第一表面2a转换为会聚光束。

来自变形透镜2的第一表面2a的光束入射到光学偏转器4的偏转表面5上，作为主扫描截面上的会聚光束，并且作为光学偏转器4的偏转表面5上的纵向线性图像而在主扫描方向上成像。

由光学偏转器4的偏转表面5反射并偏转的光束的一部分通过成像光学系统LB被引导到感光鼓表面7上。光学偏转器4在由箭头“A”指示的方向上振荡(旋转)。因此，感光鼓表面7在由箭头“B”指示的方向(主扫描方向)上被光学扫描，以执行图像信息记录。

近年来，为了降低使用光学扫描设备的图像形成设备的主体的尺寸，存在使光学扫描设备紧凑的需要。

特别地，在成像光学系统中不布置复原反射镜的简单模型的情况下，使光学偏转器和待扫描表面之间的距离比光束扫描宽度更短。因此，光学扫描设备中没有任何部分伸出到例如定影装置之外，结果，可以实现紧凑的图像形成设备。

根据本实施例的光学扫描设备是紧凑且小型的光学扫描设备，其中满足如下条件：

0.85≤W/2L   (1)，

其中L(毫米)表示光学偏转器4的偏转表面5和待扫描表面7之间的间隔(光路长度)，并且W(毫米)表示待扫描表面7上的有效扫描宽度。

在此实施例中，

W＝214(毫米)并且L＝100(毫米)。

因此：

W/2L＝1.07，

这满足条件表达式(1)。

在常规光学扫描设备中，入射到光学偏转器上的光束被配置为是在主扫描方向上的平行光束或者弱会聚光束，因此成像光学系统在主扫描方向上的焦度在整个有效扫描区域内为正。

因此，在每个扫描视场角，通过光学偏转器偏转和反射的光束由成像光学系统在靠近光轴的方向上折射。

图2是主扫描方向上的主要部分截面图(主扫描截面图)，其示出了光束以任意扫描视场角θ1通过成像光学系统LB的一部分的状态。

换句话说，在图2中，扫描视场角θ1是在由光学偏转器4偏转和反射并且然后入射到成像光学系统LB上的光束的主光线与成像光学系统LB的光轴C之间形成的角(度)。角θ2定义为在入射到位于最接近待扫描表面7一侧的成像透镜6b上的光束的主光线与成像光学系统LB的光轴C之间形成的角(度)。角θ3定义为在从成像光学系统LB发射并且接着入射到待扫描表面7上的光束的主光线与成像光学系统LB的光轴C之间形成的角(度)。

图3是曲线图，其示出在常规光学扫描设备中，对于任意扫描视场角θ1(度)从成像光学系统发射并且到达待扫描表面的光束的主光线与成像光学系统LB的光轴之间形成的角θ3的值(度)。

从图3中可清楚看出，在常规光学扫描设备的情况下，当扫描视场角θ1为0时，θ1＝θ3＝0。当扫描视场角θ1不为0时，θ3<θ1。因此，随着扫描视场角θ1增大，θ3<<θ1。即，扫描视场角θ1与角θ3之间的差显著增大。

如图3所示，在常规光学扫描设备中，对于所有的扫描视场角，入射到成像光学系统上的光束在靠近光轴的方向中被折射。因此在以下方面存在限制：在主扫描方向上的像场弯曲和fθ特性保持在所需状态下的同时以该光束扫描具有所需宽度的区域，以及缩短偏转表面和待扫描表面之间的距离(间隔)。

因而，在此实施例中，为了缩短偏转表面5和待扫描表面7之间在光轴方向上的距离，以及缩短偏转表面5和待扫描表面7之间的距离而不增加光束的扫描视场角，使用以下方法。

即，在此实施例中，执行这样的设定，使得在有效扫描视场角区域中，存在用于在远离光轴的方向折射入射到成像光学系统LB上的光束的扫描视场角区域。

图4是曲线图，其示出在本实施例中，在对于任意扫描视场角θ1(度)，从成像光学系统发射并且到达待扫描表面的光束的主光线与成像光学系统的光轴之间形成的角θ3的值(度)。

从图4中可清楚看出，根据本实施例，成像光学系统LB被设定为包括这样的扫描视场角区域，其中在0(度)<θ1<34.7(度)的扫描视场角区域中，满足θ1<θ3。

更具体地，为了在成像透镜的光轴附近在远离光轴的方向折射入射到成像光学系统LB上的光束，整个成像光学系统LB的轴向焦度被设定为负值。

本实施例中的入射光学系统LA被设定为使得自然会聚点存在于待扫描表面7和光学偏转器4之间。此外，整个成像光学系统LB的轴向焦度被设定为负值。因此，光束在主扫描截面中成像在待扫描表面7上。

在本实施例中，整个成像光学系统LB的轴向焦距fLB被设定为-27.29毫米。

自然会聚点是在没有提供成像光学系统的情况下，入射到偏转表面上的光束成像在主扫描截面中的位置。

在本实施例中，将每个元件设定为满足以下条件：

0.3<Sd/L<1(6)，

其中L(毫米)表示光学偏转器4的偏转表面5和待扫描表面7之间在光轴方向上的间隔，并且Sd(毫米)表示光学偏转器4的偏转表面5和自然会聚点之间在光轴方向上的间隔。

条件表达式(6)涉及光学偏转器4的偏转表面5和自然会聚点之间的间隔Sd与光学偏转器4的偏转表面5和待扫描表面7之间的间隔L之间的比值。

当Sd/L超过条件表达式(6)的上限值时，在主扫描截面中，整个成像光学系统LB的焦度不能被设定为负值，因此，不能获得在远离光轴的方向折射所需光线的效果。这不是所希望的。另一方面，当Sd/L小于条件表达式(6)的下限值时，成像透镜的负焦度变得过于强，因此其在主扫描方向上的形状(子午线形状)失真。因此，形成或处理很困难。这不是所希望的。

作为参考，在常规光学扫描设备中满足以下条件。

1<Sd/L

在此实施例中，

Sd＝59.4(毫米)并且L＝100(毫米)。

因此：

Sd/L＝0.59，

这满足条件表达式(6)。即，在本实施例中，入射光学系统LA被设定为使得入射到光学偏转器4上的光束变成强会聚。

如上所述，根据本实施例，当入射光学系统LA被设定为满足条件表达式(6)时，能够获得在远离光轴的方向折射所需光线的效果。

此外，成像透镜的子午线形状和缓地弯曲，使得可实现光路长度短且具有所需fθ特性的光学扫描设备。

更优选地，将条件表达式(6)设定为如下：

0.40<Sd/L<0.90(6a)

在本实施例中，在主扫描截面中，入射到成像光学系统LB上的光束在远离光轴的方向被折射，以便增加待扫描表面上的有效扫描宽度。

然而，当折射角大或者折射角在成像透镜的主扫描方向上显著改变时，发生彗形像差，这导致待扫描表面7上的成像性能恶化的问题。

因而，在本实施例中，执行以下设定，使得最小化折射量，以在远离光轴的方向上有效地折射光束。

即，在主扫描截面中，在有限扫描视场角θ1(度)的情况下，角θ2(度)被定义为入射到位于最接近待扫描表面7的第二成像透镜6b上的光束的主光线与成像光学系统LB的光轴之间形成的角。

θ3(度)被定义为从位于最接近待扫描表面7的第二成像透镜6b发射的光束的主光线与成像光学系统LB的光轴之间形成的角。

在本实施例中，第二成像透镜6b的子午线形状被设定为使得满足θ2<θ3的扫描视场角区域存在于轴和中间图像高度之间。

图5是示出了本实施例中角θ2和θ3关于任意扫描视场角θ1的曲线图。

从图5中可清楚看出，根据本实施例，执行设定，以便在扫描视场角θ1满足“0(度)<θ1<34.7(度)”的扫描视场角区域中，满足θ2<θ3。

在扫描视场角θ1等于35.9(度)的情况下，执行设定使得满足θ2＝θ3。

执行设定，使得在扫描视场角θ1满足“35.9(度)<θ1<θmax(＝56(度))”的范围内的扫描视场角区域中，满足θ3<θ2。

换句话说，执行设定，使得在扫描视场角θ1满足“35.9(度)<θ1<θmax(＝56(度))”的扫描视场角区域中，满足θ3<θ1且θ3<θ2。

如上所述，在本实施例中，为了在主扫描截面中在远离光轴的方向上以接近光轴的图像高度折射入射到最接近待扫描表面7的第二成像透镜6b上的光束，第二成像透镜6b的轴向焦度被设定为负值。

在本实施例中，第二成像透镜6b的轴向焦距f_6b被设定为-60.87毫米。

在设定θ3<θ2的情况下，光束可以在远离光轴的方向上被有效折射的原因如下所述。

在本实施例中，通过使光路长度大大短于扫描宽度(W/2L＝1.07)，以所需的方式修正主扫描方向上的fθ性能和像场弯曲。因此，成像光学系统LB的后焦点(Sk＝70.0毫米)被设定为使得后焦点成为成像光学系统LB的光路长度中的最长间隔(L＝100毫米)。

即，成像光学系统LB被配置为使得在布置于偏转表面5和待扫描表面7之间的光学元件的各表面之间在光轴方向上的各间隔当中，成像光学系统LB中最接近待扫描表面7的成像透镜6b位于待扫描表面7一侧的表面与待扫描表面7之间在光轴方向上的间隔是最宽的。

因此，在增大角θ3的情况下，可以将被偏转和反射的光束到达待扫描表面7的位置保持得比增大角θ2的情况下离光轴更远。

在该光学扫描设备中，容易展示出fθ性能。

参考图4和5，描述了扫描视场角θ1在正扫描视场角区域之内的例子(主扫描截面中相对于光轴的逆时针方向对应于正方向)。根据本发明的特征，随着扫描视场角θ1增大，扫描视场角区域从满足θ1<θ3以及θ2<θ3的区域改变成满足θ1>θ3以及θ2>θ3的区域。

在扫描视场角θ1在负扫描视场角区域中的情况下(主扫描截面中相对于光轴的顺时针旋转)，根据本发明的特征，随着扫描视场角绝对值|θ1|增大，扫描视场角区域从满足|θ1|<|θ3|以及|θ2|<|θ3|的区域改变成满足|θ1|>|θ3|以及|θ2|>|θ3|的区域。

换句话说，即使当扫描视场角θ1在负扫描视场角区域中时，为光束提供与由用于在远离光轴的方向上对入射到第二成像透镜6b的光轴附近的光束进行折射的楔形棱镜所引起的效果相同的效果。

此外，为光束提供与由用于在靠近光轴的方向上对入射到第二成像透镜6b的有效边缘部分附近的光束进行折射的楔形棱镜所引起的效果相同的效果。

例如，由于希望成像光学系统的成像透镜在主扫描方向上的有效宽度变窄，以降低成像透镜的形成成本，趋于将成像透镜布置在接近光学偏转器的位置上。

除了少数几种情况之外，成像光学系统的最终表面和待扫描表面之间在光轴方向上的间隔被设定为是偏转表面和待扫描表面之间沿着光路的最长表面间隔。

因此，在光学扫描设备中，当成像光学系统LB的透镜形状被设定为使得满足θ1<θ3以及θ2<θ3的扫描视场角区域存在于整个扫描视场角范围中时，可以缩短光路长度，并且可以以所需的方式修正彗形像差。

接着，将描述为了实现随着扫描视场角θ1逐渐从0开始增大，将入射到第二成像透镜6b上的光束的角θ2和从其发射出的光束的角θ3改变为连续满足θ2<θ3、θ2＝θ3和θ2>θ3，而设定成像透镜厚度及其子午线形状的具体方式。

图6是示出了此实施例中最接近待扫描表面7的第二成像透镜6b的厚度相对于主扫描方向上的位置的曲线图。

如从图6中可清楚看出的，随着从光轴(透镜的中心部分)向透镜的有效边缘部分移动，第二成像透镜6b的厚度被设定为逐渐增大然后逐渐减小。

因此，入射到第二成像透镜6b的光轴附近的光束接受与由在远离光轴的方向上进行折射的楔形棱镜所引起的效果相同的效果。

此外，入射到第二成像透镜6b的有效边缘部分附近的光束接受与由在靠近光轴的方向上进行折射的楔形棱镜所引起的效果相同的效果。

在本实施例中，在主扫描截面中，位于光学偏转器4侧的第二成像透镜6b的透镜表面的子午线形状被设定为在透镜的光轴(成像光学系统的光轴)和每个边缘部分之间从凸形形状反转为凹形形状。

位于待扫描表面7侧的第二成像透镜6b的透镜表面的子午线形状被设定为在透镜的光轴(透镜的中心部分)和每个边缘部分之间从凹形形状反转为凸形形状。

主扫描方向上的主点位置被设定为在光轴上与光学偏转器4的偏转表面5接近，并且在透镜的边缘中与待扫描表面7侧接近。

因此，在本实施例中，可以获得以下效果：在主扫描方向上的部分放大倍率可以被修正为在每个图像高度处都是均匀的。

图7是示出了本实施例中在主扫描方向上部分放大倍率dY/dθ的均匀性的曲线图。

如从图7中可清楚看出的，部分放大倍率dY/dθ的最大值和最小值之间的差为1.5％。因此，部分放大倍率的非均匀性被抑制到对图像没有影响的水平。

在此实施例中，位于光学偏转器4侧的第二成像透镜6b的透镜表面的子午线形状和位于待扫描表面7侧的第二成像透镜6b的透镜表面的子午线形状中的每一个都被设定为这样一种形状：其中主扫描方向上每个有效边缘部分中的表面位置比透镜光轴上的表面顶点位置更接近光学偏转器4。

因此，主扫描方向上的透镜宽度可以变窄。此外，主扫描方向上的fθ特性、彗形像差、像场弯曲等以所需的方式进行修正。

如上所述，在本实施例中，在整个第二成像透镜6b要形成为弯月形状的的情况下，当改变轴向曲率半径时，即，当作为子午线形状的基础的弓形形状被设定为凸-凹形状时，整个透镜变成其曲率非常陡峭的弯月形状。

因此，在本实施例中，主扫描截面中第二成像透镜6b的轴向形状被设定为弯月形状(凸-凹形状)。因而，整个第二成像透镜6b形成为其曲率和缓的弯月形状，因此容易形成第二成像透镜6b。

在此实施例中，第二成像透镜6b的厚度和每个透镜表面的子午线形状如上所述设定。因此，随着扫描视场角θ1从0开始逐渐增大，该条件可以改变为连续满足θ2<θ3、θ2＝θ3和θ2>θ3。

因而，可以以所需的方式修正彗形像差、像场弯曲以及部分放大倍率的不均匀。此外，可以获得其扫描视场角宽且光路长度短的光学扫描设备。

图8是示出了本实施例中的fθ特性的曲线图。在图8中，横坐标表示图像高度，并且纵坐标表示光学扫描设备中实际图像高度与理想图像高度的偏离量ΔdY。

如从图8中可清楚看出的，实际图像高度与理想图像高度的偏离量ΔdY的最大值为0.09毫米，因此获得了足够优选的fθ特性。

图9是示出本实施例的主扫描方向上的每个像差的曲线图。在图9中，横坐标表示图像高度，并且纵坐标表示在各个图像高度处在主扫描方向上的每个像差。

如从图9中可清楚看出的，彗形像差的最大值为0.19λ，并且波前像差在主扫描方向上的最大值为0.03λ，因此对于每个像差执行了足够优选的修正。

假设光学偏转器4的偏转表面5和待扫描表面7之间的间隔(光路长度)如上所述由L(毫米)表示。

在此，当不在主扫描截面中设置图像光学系统时，以扫描视场角θ(弧度)行进的光束的主光线到达待扫描表面7的相对于主扫描方向的位置与以扫描视场角θ为0(弧度)行进的光束的主光线到达待扫描表面7的位置之间的间隔可以通过|L×tan(θ)|(毫米)表达。

假设成像光学系统LB的fθ因子由K(毫米/弧度)表达。

fθ因子定义如下。即，当通过偏转单元偏转和反射的光线的角度改变1弧度时，光线到达待扫描表面的位置在扫描方向上移位K毫米。

在此，当以扫描视场角θ(弧度)行进的光束的主光线在主扫描截面中通过成像光学系统LB时，光束的主光线到达待扫描表面的位置与以扫描视场角θ为0(弧度)行进的光束的主光线到达待扫描表面的位置之间的间隔可以通过|K×θ|(毫米)表达。

图10是示出日本专利申请特开No.2001-296491中描述的常规光学扫描设备中|L×tan(θ)|和|K×θ|分别相对于任意扫描视场角θ的各自的关系的曲线图。

图11是清楚地示出日本专利申请特开No.2001-296491中描述的常规光学扫描设备中|L×tan(θ)|和|K×θ|分别相对于任意扫描视场角θ的各自的关系的示意性主扫描截面图。

在图11中，为了清楚描述，通过单个成像透镜示出成像光学系统，并且以任意扫描视场角θ行进的光束由一条光线示出。

如从图10和11中可清楚看出的，在常规光学扫描设备中满足K<L。因此，当θ＝0时，|L×tan(θ)|＝|K×θ|。因而，随着扫描视场角θ变得更大，“|L×tan(θ)|-|K×θ|”的值按二次曲线增大。

即，当扫描视场角θ等于0时(与光轴一致)，在任意扫描视场角θ下获得所需的fθ特性以使光束到达待扫描表面7的位置靠近光轴所必要的折射光束的量为0。随着扫描视场角θ增大，该量按二次曲线增大。

因此，在常规光学扫描设备的情况下，当使扫描视场角θ变宽以缩短间隔(光路长度)L时，在扫描视场角θ很大的扫描视场角区域中，折射光束的量变得非常大。

随着扫描视场角θ增大，折射光束的量快速改变。

由于以上原因，常规光学扫描设备引起这样的问题：即，在设定了非常短的光路长度以满足条件表达式(1)即0.85≤W/2L的光学系统中，无法充分修正fθ特性、像场弯曲以及其他像差。

因此根据本实施例，在满足条件表达式(1)的光学扫描设备中，有效扫描区域中的最大扫描视场角θmax(弧度)、L、fθ因子、K(毫米/弧度)被设定为使得存在满足以下条件的有限扫描视场角θa(弧度)。

|L×tanθa|＝|K×θa|(0<|θa|<|θmax|)   (2)

即，在此实施例中，

θmax＝56度，L＝100毫米，并且K＝109.5毫米。

因此：

θa＝28.9(度)＝0.52×θmax(度)。

图12是示出了本实施例中|L×tan(θ)|和|K×θ|分别相对于任意扫描视场角θ的各自的关系的曲线图。

图13是清楚地示出了本实施例中|L×tan(θ)|和|K×θ|分别相对于任意扫描视场角θ的各自的关系的主扫描方向上的示意性主要部分截面图(主扫描截面图)。

如从图13可清楚看出的，根据本实施例，光束以不会折射的扫描视场角θa到达待扫描表面7。在其扫描视场角小于扫描视场角θa的扫描视场角区域中，光束在远离光轴的方向折射。在其扫描视场角大于扫描视场角θa的扫描视场角区域中，光束在靠近光轴的方向折射。

在此，将参考图12描述|L×tan(θ)|、|K×θ|以及θa之间的关系。

如从图12中可清楚看出的，根据本实施例，在扫描视场角θa为最大扫描视场角θmax的50％处(0.52×θmax(度))，|L×tan(θ)|＝|K×θ|。

在轴上(θ＝0度)，|L×tan(θ)|和|K×θ|中的每一个都成为0。

在直到相对于轴的扫描视场角θa(0.52×θmax(度))的区域中，满足|L×tan(θ)|<|K×θ|，这是因为执行设定使得满足L<K。

在扫描视场角θa和最大扫描视场角θmax之间形成的区域中，满足|K×θ|<|L×tan(θ)|。

即，根据本实施例，执行设定，使得在“0<|θ|<|θa|”的扫描视场角区域中满足以下条件。

|L×tanθ|<|K×θ|   (4)

执行设定，使得在“|θa|<|θ|≤|θmax|”的扫描视场角区域中满足以下条件。

|L×tanθ|>|K×θ|   (5)

因此，在扫描视场角θa大的扫描视场角区域中，折射光束的量或者其差异可以降低。因而，即使在光路长度非常短且扫描视场角θa宽(W/2d＝1.07)的光学扫描设备中，也可以修正fθ特性、像场弯曲、以及其他像差。

注意，当扫描视场角θa变得大于0.7×θmax时，在轴附近，在远离光轴的方向上的折射光束的量显著增长。因此，成像光学系统LB的透镜的表面变成凹表面，其中其子午线形状的曲率变得非常陡峭，结果形成或处理很困难。

当扫描视场角θa变得小于0.3×θmax时，在最大扫描视场角附近，在靠近光轴的方向上折射光束的量显著增大。因此，成像光学系统LB的透镜的表面变成凹表面，其中其子午线形状的曲率变得非常陡峭，结果形成或处理很困难。

因而，根据本实施例，将每个元件设定为满足以下条件：

0.3<|θa|/|θmax|<0.7   (3)

当执行设定以满足条件表达式(3)时，可获得这样的成像透镜，该成像透镜包括子午线形状容易形成或处理的透镜表面，因此可以获得本发明的充分效果。因此，可以获得紧凑且具有所需fθ特性的图像形成设备。

可以将扫描视场角θa设定为是近似等于最大扫描视场角θmax的50％的扫描视场角。即，也可以将条件表达式(3)设定如下：

0.4<|θa|/|θmax|<0.6   (3a)

当满足条件表达式(3a)时，用于在靠近光轴的方向折射光束的扫描视场角区域变得几乎等于用于在远离光轴的方向折射光束的扫描视场角区域。

结果，可以降低在靠近光轴的方向折射光束的量的最大值和在远离光轴的方向折射光束的量的最大值这两者。

因此，容易获得成像光学系统LB的透镜的更加柔和的子午线形状。可以更加彻底地修正fθ特性。

在本实施例中，为了缩短主扫描截面中的光路长度，入射光学系统LA被设定为使得自然会聚点对应于比待扫描表面7更接近光学偏转器4的距离为40.6毫米的位置。

根据本实施例，为了以每个扫描视场角将光束成像在待扫描表面7上，整个成像光学系统LB在主扫描截面中的轴向焦度被设定为负值。

图14是示出本实施例中主扫描方向上的像场弯曲的曲线图。在图14中，横坐标表示图像高度，并且纵坐标表示在各个图像高度处在主扫描方向上的图像平面dM。

从图14中可清楚看出，根据本实施例，在主扫描方向上，最大像场弯曲量和最小像场弯曲量之间的差变为1.0毫米。因此，像场弯曲按照期望地被修正为对图像不存在问题的充足的水平。

在本实施例中，在主扫描截面中，如下设定第一成像透镜6a的轴向焦距f_6a、第二成像透镜6b的轴向焦距f_6b、以及整个成像光学系统LB的轴向焦距f_LB。

f_6a＝-67.83毫米，f_6b＝-60.87毫米，以及f_LB＝-27.29毫米。

即，在本实施例中，整个成像光学系统LB在主扫描截面中的轴向焦度被设定为负值。成像光学系统LB由两个成像透镜6a和6b形成，其中的每一个都在主扫描方向上具有负的轴向焦度。

因此，根据此实施例中的结构，与一个成像透镜具有正轴向焦度且另一个成像透镜具有负轴向焦度的情况相比，使用了其中可以将每个曲率半径做得和缓且容易形成的简单子午线形状。

当可以将成像透镜在主扫描截面中的轴向曲率半径设定为充分和缓的值时，没有必要将成像光学系统LB的两个成像透镜6a和6b中的每一个的焦度都设定为负值。

如上所述，根据本实施例，比值W/2L被设定为大的值。通过这种结构，最大有效扫描视场角θmax被设定为56(度)的宽的值，以便实现每种光学性能。本发明并不局限于此。当θmax等于或大于30(度)时，可以充分获得本发明的效果。

如上所述，根据本实施例，光路长度L被设定为非常短的值100(毫米)。本发明并不局限于此。当满足以下条件时，可以充分获得本发明的效果。

L≤125(毫米)

在本实施例中，成像光学系统LB包括两个成像透镜。本发明并不局限于此。成像光学系统LB可以包括三个或更多的成像透镜，或者可以是单个成像透镜。

当成像光学系统LB包括三个或更多的成像透镜时，只需要用两个成像透镜代替第一成像透镜6a，其中该两个成像透镜的复合焦距等于第一成像透镜6a的焦距。

当成像光学系统LB是单个成像透镜时，只需要用单个成像透镜代替第一和第二成像透镜6a和6b，其中该单个成像透镜的焦距等于第一和第二成像透镜6a和6b的复合焦距。

如上所述，即使当成像光学系统LB包括三个或更多成像透镜，或者是单个成像透镜时，也能够充分获得本发明的效果。

因此，可获得光路长度短且fθ性能充分优选的光学扫描设备。

在本实施例中，没有描述成像透镜在副扫描截面中的形状。当满足成像光学系统所需的光学性能，诸如待扫描表面上在副扫描方向中的像场弯曲、副扫描放大倍率的均匀性以及扫描线曲率时，可以使用任何形状。

在本实施例中，如上所述为了缩短光路长度，入射到光学偏转器上的光束在主扫描方向上的会聚度被设定为高的值，结果，由于偏转表面的非均匀性而提高了会聚抖动(待扫描表面上的照射位置在主扫描方向上的偏离，其由偏转表面5的非均匀量引起)。

因此，根据本实施例，使用其中偏转表面5的非均匀量小的振荡型光学偏转器(检电镜)，以便降低会聚抖动。

检电镜基于检流计的原理。此后将简要描述该原理。

当电流提供给位于磁场中的可移动线圈时，基于电流和磁通量生成电磁力，从而使旋转力(转矩)与电流成比例。

可移动线圈旋转到转矩与弹簧力平衡的角度。指针通过可移动线圈摇摆，以检测电流是否存在或者电流的幅度。这是检流计的原理。

因此，在检电镜的情况下，基于检流计的原理，在与可移动线圈相关联转动的轴中设置反射镜而不是指针。

本发明不局限于振荡型光学偏转器。可以使用旋转多面反射镜(多面反射镜)作为光学偏转器。旋转多面反射镜(多面反射镜)具有能够围绕旋转轴以恒定角速度旋转的性能。

旋转多面反射镜(多面反射镜)的优势是：与检电镜的情况相比，折射表面的数量可增加。

然而，如在检电镜的情况中，即使在旋转多面反射镜(多面反射镜)的情况下，也会由于偏转表面的非均匀性而生成会聚抖动(待扫描表面上的照射位置在主扫描方向上的偏离，其由偏转表面5的非均匀量引起)。

在本实施例中，为了提供紧凑和简单的结构，仅将变形透镜2用于入射光学系统LA。本发明并不局限于此。例如，当入射光学系统LA被设定为满足条件表达式(6)时，可以获得本发明的效果，而不依赖于入射光学系统LA的任何焦度配置。

例如，可以在入射光学系统LA中从光源单元1侧依次布置在副扫描方向上具有焦度的准直器透镜和柱形透镜。

在本实施例中，成像透镜在主扫描方向上的子午线形状关于光轴横向对称。本发明并不局限于此。例如，成像透镜的形状可以形成为关于光轴不横向对称。

下面，表1中示出根据本实施例的光学扫描设备的光学系统的结构。

表1

实施例1中的结构

 

偏转表面和待扫描表面之间的间隔	L	100	(毫米)
				最大有效扫描视场角	±θmax	56	(度)
有效扫描宽度	W	214	(毫米)
				成像光学系统的fθ因子	K	109.5	(毫米/弧度)
偏转表面和自然会聚点之间的距离	Sd	59.42	(毫米)
				成像光斑在主扫描方向上的光斑直径	Pm	70	(μm)
主扫描方向上的孔径直径(椭圆形)	wm	2.70	(毫米)
				成像透镜6a在主扫描方向上的焦距	f<sub>6a</sub>	-67.83	(毫米)
成像透镜6b在主扫描方向上的焦距	f<sub>6b</sub>	-60.87	(毫米)
				成像光学系统在主扫描方向上的焦距	f<sub>LB</sub>	-27.29	(毫米)

此外，在本实施例中与成像光学系统有关的“r”、“d”和“n”在表2中示出。

表2

此外，本实施例中的非球面形状如表3所示。

表3

注意，非球面形状是由以下的表达式定义的。

假设透镜的曲面与光轴之间的交点被设定为原点，光轴方向被设定为X轴，在主扫描平面中与光轴正交的轴被设定为Y轴，并且相对于副扫描平面与光轴正交的轴被设定为Z轴。在此，当X-Y平面和曲面之间的切割线被设定为子午线，并且X-Z平面和曲面之间的切割面在与子午线正交的方向上被设定为弧矢线，则子午线的形状由以下表达式表达。

$X=\frac{Y^2/R}{1+\sqrt{(1-(1+K)\&times;{(Y/R)}^2}}+B_2{Y}^2+B_4{Y}^4+B_6{Y}^6+B_8{Y}^8+B_{10}{Y}^{10}+B_{12}{Y}^{12}+B_{14}{Y}^{14}+B_{16}{Y}^{16}$

(其中，R表示曲率半径，K、B₂、B₄、B₆、B₈、B₁₀、B₁₂、B₁₄、和B₁₆为子午线的非球面系数)。

表4

表5

(图像形成设备)

图15是副扫描截面方向上的主要部分的截面图，示出了根据本发明一个实施例的图像形成设备。在图15中，代码数据Dc从诸如个人计算机的外部装置117输入到图像形成设备104。通过图像形成设备中的打印机控制器111，代码数据Dc被转换成图像数据(点数据)Di。图像数据Di被输入到具有实施例1中所描述结构的光学扫描单元100。根据图像数据Di调制的光束103从光学扫描单元100发射。用光束103在主扫描方向上扫描感光鼓101的感光表面。

充当静电潜像承载部件(感光部件)的感光鼓101通过马达115沿顺时针方向旋转。随着该旋转，感光鼓101的感光表面在与主扫描方向正交的副扫描方向上相对于光束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，以便和其表面接触。通过充电辊102而带电的感光鼓101的表面由被光学扫描单元100扫描的光束103照射。

如上所述，基于图像数据Di调制光束103。感光鼓101的表面被光束103照射，以在其上形成静电潜像。通过在感光鼓101的旋转方向相对于光束103的照射位置设置在下游侧以与感光鼓101相接触的显影装置107，静电潜像被显影为调色剂图像。

通过设置在感光鼓101的下方以便与感光鼓101相对的转印辊108，由显影装置107显影的调色剂图像被转印到充当待转印材料的片材112上。片材112包含在片材盒109中，该片材盒109位于感光鼓101之前(图15中的右侧)。也可手动送纸。送纸辊110设置在片材盒109的端部分。包含在片材盒109中的片材112通过送纸辊110被送到输送路径。

通过上述操作，转印了未定影调色剂图像的片材112被进一步输送到位于感光鼓101的后部(图15中左侧)的定影装置。定影装置包括具有定影加热器(未示出)的定影辊113和设置为与定影辊113压力接触的加压辊114。从转印部分输送的片材112在定影辊113和加压辊114之间的加压接触部分中被加压的同时被加热，从而片材112上未定影的调色剂图像被定影。传递辊116设置在定影辊113的后部。被定影的片材112通过传递辊116被传递到图像形成设备的外部。

尽管图15中未示出，但打印机控制器111不仅进行如上所述的数据转换，而且还如后面所述控制由马达115表示的图像形成设备的每个部分，以及控制光学扫描单元中的多角马达(polygon motor)等等。

在本发明中使用的图像形成设备的记录密度不特别地限制。当记录密度增大时，需要更高的图像质量。因此，根据本发明实施例1的结构进一步展示出1200dpi或更高的图像形成设备的情况下的效果。

(彩色图像形成设备)

图16是示出根据本发明的一个实施例的彩色图像形成设备的主要部分的示意图。该实施例示出了级联型彩色图像形成设备，其中设置四个光学扫描设备(光学成像光学系统)以将图像信息并行地记录在每一个都充当图像承载部件的感光鼓的各表面上。如图16所示，该彩色图像形成设备包括彩色图像形成设备60，每个均具有实施例1所述结构的光学扫描设备11、12、13和14，充当图像承载部件的感光鼓21、22、23和24，显影单元31、32、33和34，以及输送带51。在图16中，为每个光学扫描设备设置用于将显影装置显影的调色剂图像转印到待转印材料上的转印装置(未示出)以及用于将转印的调色剂图像定影到待转印材料上的定影装置(未示出)。

在图16中，R(红色)，G(绿色)和B(蓝色)的各个颜色信号从诸如个人计算机的外部装置52输入到彩色图像形成设备60。通过彩色图像形成设备中的打印机控制器53，这些颜色信号被转换成C(青)、M(品红)、Y(黄)和K(黑)的各个图像数据(点数据)。图像数据被分别输入到光学扫描设备11、12、13和14。根据各个图像数据调制的光束41、42、43和44从各光学扫描设备发射。利用这些光束在主扫描方向上扫描感光鼓21、22、23和24的表面。

根据本实施例中的彩色图像形成设备，四个光学扫描设备(11，12，13和14)对应于C(青)、M(品红)、Y(黄)和B(黑)的各个颜色排列。将图像信号(图像信息)并行记录在感光鼓21、22、23和24的表面上，从而以高速打印彩色图像。

根据本实施例中的彩色图像形成设备，如上所述，通过使用基于来自四个扫描光学装置11、12、13和14的各个图像数据的光束，在感光鼓21、22、23和24的相应表面上形成各个颜色的潜像。此后，在记录部件上执行多次转印，以便产生全彩色图像。

例如，可使用包括CCD传感器的彩色图像读取设备作为外部装置52。在这种情况下，彩色图像读取设备和彩色图像形成设备60形成彩色数字复印机。

虽然本发明已经参考示例性实施例进行描述，但是应当理解，本发明并不局限于公开的示例性实施例。以下权利要求的保护范围应作最宽的解释，以包括所有这样的变型和等同结构和功能。

Claims (20)

1.一种光学扫描设备，包括：

光源单元；

偏转单元；

入射光学系统，用于将从光源单元发射的光束引导至偏转单元；以及

成像光学系统，用于将由偏转单元偏转的光束成像在待扫描表面上，

其中，满足以下条件：

0.3<Sd/L<1，

其中L表示偏转单元的偏转表面和待扫描表面之间的间隔，并且Sd表示偏转单元的偏转表面和自然会聚点之间的间隔，L与Sd的单位为毫米，以及

其中满足|θ1|<|θ3|以及|θ2|<|θ3|的扫描视场角区域存在于整个有效扫描视场角区域中，其中在主扫描截面中且对于满足|θ1|>0的有限扫描视场角θ1，θ2表示入射到包含在成像光学系统中的成像光学元件LR的光束的主光线与成像光学系统的光轴之间形成的角度，并且θ3表示从包含在成像光学系统中的成像光学元件LR发射的光束的主光线与成像光学系统的光轴之间形成的角度，θ1、θ2和θ3的单位为度，

其中，随着有限扫描视场角绝对值|θ1|增大，扫描视场角区域从满足|θ1|<|θ3|以及|θ2|<|θ3|的区域改变成满足|θ1|>|θ3|以及|θ2|>|θ3|的区域。

2.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中

所述成像光学系统由单个成像光学透镜组成。

3.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中

令θa为有限扫描视场角，θmax为有效扫描区域中的最大扫描视场角，K为fθ因子，并且θ为任意扫描视场角，θa、θmax和θ的单位为弧度，K的单位为毫米/弧度，其中满足|L×tanθa|＝|K×θa|，其中0<|θa|<|θmax|，则满足以下条件：

0.3<|θa|/|θmax|<0.7，

当0<|θ|<|θa|时，|L×tanθ|<|K×θ|，以及

当|θa|<|θ|≤|θmax|时，|L×tanθ|>|K×θ|。

4.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中满足以下条件：

0.85≤W/2L，

其中L表示偏转单元的偏转表面和待扫描表面之间的间隔，并且W表示待扫描表面上的有效扫描宽度，L和W的单位为毫米。

5.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中满足以下条件：

L≤125毫米。

6.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中最大扫描视场角等于或者大于30度。

7.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中整个成像光学系统在主扫描截面中具有负的轴向焦度。

8.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中

成像光学元件是成像光学系统中所包含的光学元件当中最接近待扫描表面的光学元件；并且

该成像光学元件在主扫描截面上具有负的轴向焦度。

9.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中整个成像光学系统在整个有效扫描视场角区域中，在主扫描截面中具有负的轴向焦度。

10.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中在位于偏转单元和待扫描表面之间的各光学元件的表面之间的间隔当中，包含在成像光学系统中的、最接近待扫描表面的成像光学元件的待扫描表面侧的表面与待扫描表面之间的间隔是最宽的。

11.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中最靠近待扫描表面的成像光学元件在主扫描截面上具有厚度，该厚度随着从该成像光学元件的光轴向离轴位置移动而增大然后减小。

12.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中组成成像光学系统的每一个成像光学元件在主扫描截面中都具有负的轴向焦度。

13.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中最靠近待扫描表面的成像光学元件具有光学表面，该光学表面位于偏转单元侧，并且随着从该成像光学元件的中心向所述成像光学元件的每个边缘部分移动，该光学表面在主扫描方向上具有从凸形形状向凹形形状反转的形状。

14.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中最靠近待扫描表面的成像光学元件具有光学表面，该光学表面位于待扫描表面侧，并且随着从该成像光学元件的中心向所述成像光学元件的每个边缘部分移动，该光学表面在主扫描方向上具有从凹形形状向凸形形状反转的形状。

15.根据权利要求13所述的光学扫描设备，其中成像光学元件包括入射表面和出射表面，每一个表面具有这样一种形状，其中主扫描截面中的有效扫描区域边缘中的表面位置比该成像光学元件的表面顶点位置更加接近偏转单元。

16.根据权利要求15所述的光学扫描设备，其中成像光学元件的轴向形状是主扫描截面中的弯月形状。

17.一种光学扫描设备，包括：

光源单元；

偏转单元；

入射光学系统，用于将从光源单元发射的光束引导至偏转单元；以及

成像光学系统，用于将由偏转单元偏转的光束成像在待扫描表面上，

其中，满足以下条件：

0.3<Sd/L<1，

其中L表示偏转单元的偏转表面和待扫描表面之间的间隔，并且Sd表示偏转单元的偏转表面和自然会聚点之间的间隔，L和Sd单位为毫米，

其中令θa为有限扫描视场角，θmax为有效扫描区域中的最大扫描视场角，K为fθ因子，并且θ为任意扫描视场角，θa、θmax和θ的单位为弧度，K的单位为毫米/弧度，其中满足|L×tanθa|＝|K×θa|，其中0<|θa|<|θmax|，则满足以下条件：

0.3<|θa|/|θmax|<0.7，

当0<|θ|<|θa|时，|L×tanθ|<|K×θ|，以及

当|θa|<|θ|≤|θmax|时，|L×tanθ|>|K×θ|。

18.根据权利要求17所述的光学扫描设备，其中

所述成像光学系统由单个成像光学透镜组成。

19.一种图像形成设备，包括：

根据权利要求1-18中的任何一个权利要求所述的光学扫描设备；

位于待扫描表面上的感光部件；

显影装置，把用光束通过光学扫描设备扫描而形成在感光部件上的静电潜像显影作为调色剂图像；

转印装置，用于将显影的调色剂图像转印到待转印材料上；以及

定影装置，用于将转印的调色剂图像定影在待转印的材料上。

20.一种图像形成设备，包括：

根据权利要求1-18中的任何一个权利要求所述的光学扫描设备；以及

打印机控制器，用于将从外部装置输入的代码数据转换成图像信号，并将该图像信号输出到光学扫描设备。

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