CN101038369A - 光学扫描装置和图像形成设备 - Google Patents

Abstract

一种光学扫描装置，该光学扫描装置包括将来自半导体激光器的光束的截面形状转换到需要的形状的第一光学元件；将从第一光学元件输出的光束引导到偏转光束的光学偏转器的第二光学元件；和将被光学偏转器偏转的光束会聚到将要扫描的表面以形成光点从而光学扫描该表面的第三光学元件。第一光学元件，第二光学元件和第三光学元件中的至少一个元件包括树脂制造的透镜，这些树脂制造的透镜中的至少一个透镜具有光焦度衍射表面，并且这些光焦度衍射表面中的至少一个表面的表面形状被形成为使衍射部分的光焦度和折射部分的光焦度抵消。

Description

光学扫描装置和图像形成设备

                             相关申请的交叉引用

本文件通过引用结合了于2006年3月13日在日本提交的第2006-067323号日本优先权文件和于2006年3月17日在日本提交的第2006-074457号日本优先权文件的全部内容。

                              背景技术

1.技术领域

本发明总体涉及可以用于图像形成设备的光学扫描装置。本发明特别涉及光学扫描装置中的透镜。

2.相关技术的描述

常规地，光学扫描装置已经被广泛应用于诸如光学打印机，数字复印机或者光学绘图仪的图像形成设备中。最近几年中，受环境变化影响小并且配置成支持形成高清晰图像的低价光学扫描装置已被需求。

当用树脂材料形成各种光学扫描装置中使用的透镜时，这样的树脂制造的透镜重量轻而且可以以低成本形成。而且，还可以很容易地形成由非球面表示的特殊的表面形状。因此，随着特殊表面被采用于树脂制造的透镜，可以提高光学特性，还可以减少形成光学系统的透镜数量。也即，采用树脂制造的透镜有利于使光学扫描装置结构紧凑，重量轻和成本降低。

然而，在另一方面，树脂制造的透镜可能会根据环境变化尤其是温度变化而改变形状和折射率。因此，存在一个问题，即根据环境变化，光学特性尤其是光焦度偏离设计值，以及作为在光束会聚在将要扫描的平面上时光点的直径的光点直径发生变化。

在一种方法中，由于树脂制造的透镜随温度变化的光焦度变化在正透镜和负透镜中相逆地发生，所以在光学扫描装置的光学系统中包括正负透镜，并且这些正负透镜中由于环境变化而产生的光学特性的变化被抵消。

而且，通常用作光学扫描装置的光源的半导体激光器具有这样的特性，当温度升高时光发射波长会移到长波长一侧(波长由于温度变化而变化)，也会因为模式跳变而有波长变化。光源中的波长变化可能引起因为光学扫描装置中所用的光学系统的色差导致的特性变化，该特性变化也可能引起光点直径的变化。

因此，在光学系统中包括树脂制造的透镜并且利用半导体激光器作为光源的光学扫描装置中，进行光学设计时必须考虑光学特性随温度变化发生的变化和光学特性随光源波长变化发生的变化。

一个考虑了光学特性随温度变化和光源波长变化而变化的采用衍射表面稳定光学特性的光学扫描装置(激光扫描装置)的已知实例披露于第2002-287062号日本专利申请公开公报中。

第2002-287062号日本专利申请公开公报披露了一种光学扫描装置，其中激光源发射的激光是主扫描方向上的平行光，并且用于在光学偏转仪的偏转反射表面附近在副扫描方向上的光会聚的光学系统被制成为“无对称转轴的具有一个或者多个反射表面的，具有两个配备光焦度衍射表面的透射表面，并且由树脂制造的光学元件”。而且，作为比较实例，披露了“一种配备一个树脂制造的校准来自半导体激光器的光束的准直透镜和多个树脂制造的用于在副扫描方向上进行经校准光束的光会聚并且每一个都配备一个衍射表面的圆柱透镜的光学扫描装置”。所述衍射表面是因为衍射而具有透镜光焦度的衍射表面。第2005-258392号日本专利申请公开公报披露了一种配置成在偏转器前配备一个具有衍射表面的透镜的光学扫描装置。

然而，在由“无对称转轴的具有一个或者多个反射表面的，具有两个配备光焦度衍射表面的透射表面的，并且由树脂制造的光学元件”形成的光学系统中，透射表面和反射表面必须在一个光学元件中形成。由于包括了弯曲的反射表面，制造这样一个表面并不一定容易，而且考虑到光学扫描装置的成本降低必须做进一步的改进。

而且，衍射表面通常要求微制造技术，也要求极高的精度。例如，具有与图14A中所示的球形透镜相同光焦度的光焦度衍射表面具有如图14B中所示的形状，也即，通过折叠球面以具有相对于衬底的均匀高度而得到的形状。

从图14B显然可见，该光焦度衍射表面在离光轴更远处具有更狭窄的凹槽间隔，因此加工这样的凹槽极其困难。而且，设置在回切之间的光焦度衍射表面必须形成球面的一部分。这可以形成为近似直线，但是在这种情形下，不可避免地会降低衍射效率。

然而，如果光焦度衍射表面被形成为球面的一部分，表面形状中的粗糙是显著的。作为结果，会产生诸如光点直径可能由于波像差恶化而增加，以及由于发生扩散光，可能产生幻影或者可能降低光透射效率的问题。

此外，当与衍射表面相对的表面是折射表面时，由于这两个表面之间的中心偏移会使光学特性变差。

此外，在第2005-258392号日本专利申请公开公报中披露的光学扫描装置中，使用了在偏转器前使用衍射表面的光学元件。由于该衍射表面的强大的光焦度，该衍射透镜对两个表面之间的中心偏移只有很小的容限。而且，由于该衍射表面的每个分段都从一个平面显著偏移，加工和测量很困难。作为结果，不能得到优良的光学特性。

                               发明内容

本发明的目标是至少部分解决常规技术中的问题。

根据本发明的一个方面，光学扫描装置包括将来自半导体激光器的光束的截面形状转换到需要形状的第一光学元件，将从第一光学元件输出的光束引导到使该光束偏转的光学偏转器的第二光学元件，和将由光学偏转器偏转的光束会聚到将要被扫描的表面上来形成光点从而光学扫描该表面的第三光学元件。第一光学元件，第二光学元件和第三光学元件中的至少一个元件包括树脂制造的透镜，这些树脂制造的透镜中的至少一个透镜具有光焦度衍射表面，至少一个光焦度衍射表面的表面形状形成为使衍射部分的光焦度和折射部分的光焦度抵消。

根据本发明的另一方面，光学扫描装置包括将来自半导体激光器的光束的截面形状转换到需要形状的第一光学元件，将从第一光学元件输出的光束引导到使该光束偏转的光学偏转器的第二光学元件，和将由光学偏转器偏转的光束会聚到将要扫描的表面上来形成光点从而光学扫描该表面的第三光学元件。形成第一光学元件和第二光学元件的透镜中的至少一个透镜包括树脂制造的透镜，这些树脂制造的透镜中的至少一个透镜满足条件(1)到(4)：

(1)树脂制造的透镜只有一个表面具有衍射表面

|P3|≥|P1+P2|                                 (2)

|P1|＞|P1+P2|并且|P2|＞|P1+P2|                (3)

P1×P3＞0                                     (4)

其中，P1是树脂制造的透镜的衍射表面上的衍射部分在主扫描方向和副扫描方向上的任何一个方向上的光焦度，P2是衍射表面上的折射部分在P1中所定义的方向上的光焦度，P3是树脂制造的透镜的衍射表面之外的表面上在P1中所定义的方向上的光焦度。

根据本发明的另一方面，图像形成设备包括上述在光敏图像载体上进行光学扫描以形成潜像的光学扫描装置；使潜像显现为色粉剂可见图像的显影单元；和从色粉可见图像中生成图像的图像形成单元。

上述内容和本发明的其它目标，特征，优点及技术和工业重要性将通过阅读下文参考附图对本发明的优选实施例的详细描述而得到更好的理解。

                                附图说明

图1是包括根据本发明的第一实施例的光学扫描装置的图像形成设备的结构的侧视示意图；

图2描绘图1中所示的光学扫描装置中的光学元件的排列；

图3描绘图2中所示的联结透镜的正视和侧视图；

图4描绘根据本发明的第二实施例的光学扫描装置中的光学元件的排列；

图5A是根据第二实施例的光学扫描装置的变形光学元件从光轴方向看的正视图；

图5B是根据第二实施例的光学扫描装置的变形光学元件从与光轴方向相反的方向看的正视图；

图5C是根据第二实施例的光学扫描装置的变形光学元件从其上面看的截面图；

图5D是根据第二实施例的光学扫描装置的变形光学元件从其侧面看的截面图；

图6A是描绘根据第二实施例的光学扫描装置的主扫描方向上散焦和光点直径之间的关系的曲线图；

图6B是描绘根据第二实施例的光学扫描装置的副扫描方向上散焦和光点直径之间的关系的曲线图；

图7是根据第二实施例的光学扫描装置中用于吸收光束的光会聚点偏移的调整机构的示意图；

图8A是描绘当根据第二实施例的变形光学元件的环境温度变化时焦距变化的第一曲线图；

图8B是描绘当根据第二实施例的变形光学元件的环境温度变化时焦距变化的第二曲线图；

图9A是根据第三实施例的联结透镜从光轴方向看的正视图；

图9B是根据第三实施例的联结透镜从其侧面看的截面图；

图10A是描绘根据第三实施例的光学扫描装置的主扫描方向上散焦和光点直径之间的关系的曲线图；

图10B是描绘根据第三实施例的光学扫描装置的副扫描方向上散焦和光点直径之间的关系的曲线图；

图11A是根据第四实施例的光学扫描装置的变形光学元件从其侧面看的截面图；

图11B是根据第四实施例的光学扫描装置的变形光学元件从光轴方向看的正视图；

图12A是描绘根据第四实施例的光学扫描装置的主扫描方向上散焦和光点直径之间的关系的曲线图；

图12B是描绘根据第四实施例的光学扫描装置的副扫描方向上散焦和光点直径之间的关系的曲线图；

图13A是根据第五实施例的变形光学元件从其侧面看的截面图；

图13B是根据第五实施例的变形光学元件从其上面看的截面图；

图13C是根据第五实施例的变形光学元件从光轴方向看的正视图；

图14A是根据常规实例的球形透镜的光会聚状态的光学示意图；以及

图14B是根据常规实例的光焦度衍射表面的光会聚状态的光学示意图。

                             具体实施方式

下文将参考附图解释本发明的示例性实施例。

图1是包括根据第一实施例的光学扫描装置的图像形成设备的结构示意图。根据第一实施例的图像形成设备是串联型的全色光学打印机。图1中，在该设备的下部，所设置的传送带32沿接近水平的方向传送从水平方向设置的馈纸盒30馈送的转印纸片(没有显示)。在传送带32的上表面一侧，黄色Y的光敏构件7Y，品红色M的光敏构件7M，青绿色C的光敏构件7C和黑色K的光敏构件7K以这样的次序从传送带32传送转印纸片的方向的上游侧开始彼此等间距分开地设置。

黄色，品红色，青绿色，黑色之间的区别在下文中通过将后缀Y，M，C和K附加到参考数字后实现。光敏构件7Y，7M，7C和7K也用作图像载体，都具有相同的直径，并且每一个都相继被为根据电子照相处理过程进行图像形成处理而设置的处理构件围绕。以光敏构件7Y为例，充电器40Y，光学扫描装置50Y，显影装置60Y，转印控制器(transfercharger)30Y和清洁装置80Y沿顺时针方向相继设置，该方向是光敏构件的旋转方向。相似地，光敏构件7M被充电器40M，光学扫描装置50M，显影装置60M，转印控制器30M和清洁装置80M围绕；光敏构件7C被充电器40C，光学扫描装置50C，显影装置60C，转印控制器30C和清洁装置80C围绕；光敏构件7K被充电器40K，光学扫描装置50K，显影装置60K，转印控制器30K和清洁装置80K围绕。就是说，该图像形成设备将光敏构件7Y，7M，7C和7K作为为各个颜色成分设置的将要扫描的表面，光学扫描装置50Y，50M，50C和50K被设置成使它们每一个都与相应的一个表面具有一一对应的关系。

光学扫描装置50Y，50M，50C和50K可以作为独立的如本实施例中所描述的每一个都有一个光学配置的光学扫描装置实现。还有，举例来说，如从第2004-280056号日本专利公开公报已知的，光学偏转器(转动的多面镜)可以被共用，每个光学扫描装置中扫描光学系统的透镜6-1(参考图4中所示的实施例)可以为光学扫描被光敏构件7M和7Y共用，也可以为光学扫描被光敏构件7K和7C共用。

传送带32被位于光敏构件7Y的传送转印纸片方向的上游侧的套准辊9和带充电器10围绕，还被带分离控制器11，静电消除控制器12，清洁装置13，和其它位于光敏构件7K下游侧的元件围绕。在带分离控制器11的传送方向的下游侧设置定影装置14，该定影装置14通过纸片发送辊16连接到纸片发送盘15。

在上文所解释的结构中，举例来说，在全色模式时，当被充电器均匀充电的光敏构件7Y，7M，7C和7K的每一个的表面(即将要扫描的表面)被光学扫描装置50Y，50M，50C和50K中的相应的一个根据Y，M，C和K中的相应的一个颜色光学扫描时，静电潜像形成于每个光敏构件的表面上。该静电潜像被提供来自相应的显影装置的用于显影的相应的颜色色粉以变成色粉图像。各种颜色的色粉图像被相继转印到静电吸附在传送带32上并且被传送的转印纸片上，由此变成全色图像。该全色图像被定影装置14定影，然后转印纸片被发送到纸片发送盘15上。

下面解释有关根据第一实施例的图像形成设备内部的光学扫描装置的具体细节。图2是描绘根据第一实施例的光学扫描装置的光学元件排列的结构图。图2中，1表示作为光源的半导体激光器，2表示作为第一光学元件的联结透镜，3表示孔径，4表示作为第二光学元件的变形光学元件，5表示作为光学偏转器的多面镜(旋转多面镜)，6表示作为第三光学元件的扫描透镜，8表示将要扫描的表面。同样地，G1表示声音屏蔽玻璃，用以屏蔽在其中容纳多面镜5的声音屏蔽机架(未显示)的窗口，同时G2表示在其中容纳图2中所示的光学扫描装置的光学系统的外壳的偏转光束出射单元处设置的防尘玻璃。

从半导体激光器1发出的发散光束被联结透镜2转换成具有需要截面的光束，通过孔径3光束成形，然后进入变形光学元件4。通过变形光学元件4的光束在副扫描方向上会聚并且也通过声音屏蔽玻璃G1，以在多面镜5的偏转反射表面附近形成作为在主扫描方向上拉长的线性图像的图像。该光束被反射到多面镜5的偏转反射表面上，以通过声音屏蔽玻璃G1进入扫描透镜6。扫描透镜6由一个透镜形成。通过透镜6的光束然后通过防尘玻璃G2进入将要扫描的表面8，从而通过扫描透镜6的作用在将要扫描的表面8上形成光点。多面镜5被电动机驱动以恒定速度旋转。当多面镜5以恒定速度旋转时，被偏转反射表面反射的光束以恒定的角速度偏转。扫描透镜6具有fθ特性，即被以恒定角速度偏转时进入的光束的光点在将要扫描的表面8上沿主扫描方向(图2中的垂直方向)以恒定速度移动。光点以恒定速度光学扫描将要扫描的表面8。扫描透镜6是一个变形光学元件，并且在副扫描方向产生多面镜5的偏转反射表面的位置和将要扫描的表面8的位置之间的几何光学共轭关系。以此，多面镜5的每个偏转反射表面的表面落差(surface falling)被纠正。将要扫描的表面8基本是光敏介质例如感光鼓的光敏表面。

然后，解释形成第一实施例的第一具体结构实例。有关用于第一实施例的玻璃材料(下文中称“第一玻璃”)和树脂材料(下文中称“第一树脂”)的数据列在表1中。

表1

	中间值	波长跳变	温度变化	线膨胀系数
					第一玻璃	1.511084	1.511068	1.511027	7.5×10-5
第一树脂	1.523867	1.523852	1.522026	7.0×10-5

表1中，“中间值”表示在25摄氏度的参考温度下相关于使用波长的折射率，“波长跳变”表示当由于模式跳变发生波长跳变时的折射率，“温度变化”表示当温度从参考温度升高20摄氏度时的折射率。在由于模式跳变的“波长跳变”中，假设0.8纳米的波长变化为允许限度。

表2描述有关在光学偏转器后面设置的光学系统元件的数据。

表2

	Rm	Rs	X	Y	n
						光学偏转器(转轴)	-	-	42.99	6.91	-
扫描透镜6	179	-96.399	13.5	0	第一树脂
							-157.258	-19.327	176	0	-
将要扫描的表面	-	-	-	-	-

表2中，R_m表示“主扫描方向上的近轴曲率”，同时R_s表示“副扫描方向上的近轴曲率”。D_x和D_y(表2中表示为“X”和“Y”)表示“从一个光学元件的起点到下一个光学元件的起点的相对距离”。所有的值都以毫米为单位。举例来说，对于光学偏转器后面的光学系统元件的D_x和D_y，当从光学偏转器(多面镜5)的转轴看时，扫描透镜6的入射表面的起点(入射一侧表面的光轴位置)在光轴方向(x方向，也即图2中的水平方向)上42.99毫米远处，和在主扫描方向(y方向，也即图2中的垂直方向)上6.91毫米远处。还有，扫描透镜6在光轴上的厚度是13.5毫米，从扫描透镜6到将要扫描的表面8的距离是176毫米。这里，如图2中所示，由第一玻璃制造的厚度为1.9毫米的防尘玻璃G2被设置于扫描透镜6和将要扫描的表面8之间。扫描透镜6的每个表面都是非球面，并且是在主扫描方向上如由等式(1)给出的非弧形的特殊表面，而且有根据等式(2)变化的副扫描截面的曲率(与光轴和副扫描方向平行的虚拟截面)。

上文提到的“非弧形”解释如下。

等式(1)表示“非弧形”，其中R_m是主扫描截面的近轴曲率半径；Y是在主扫描方向上离开光轴的距离；K是圆锥常数；A₁，A₂，A₃，A₄，A₅，……是高阶系数；X是光轴方向上的深度。

$X=\frac{Y^2/R_m}{1+\sqrt{1-(1+K_m)}\·{(Y/R_m)}^2}+A_1\·Y+A_2\·Y^2+A_3\·Y^3+A_4\·Y^4+A_5\·Y^5+A_6\·Y^6\·\·\·---\left(1\right)$

“副扫描截面的曲率变化”解释如下。

表示副扫描截面的曲率C_s(Y)(Y是以光轴位置为原点的主扫描方向上的坐标)在主扫描方向上变化的状态的等式由等式(2)表示，其中R_s(0)是包括光轴的副扫描截面的曲面半径，B₁，B₂，B₃，……是系数。

C_S(Y)＝1/R_S(0)+B₁·Y+B₂·Y²+B₃·Y³+B₄·Y⁴+B₅·Y⁵+B₆·Y⁶+…         (2)

扫描透镜6的入射侧表面(特殊表面)的系数列在表3中。

表3

主扫描方向上的系数		副扫描方向上的系数
				K	-5.35584×10	B1	0
A4	-1.38469×10-6	B2	0
				A6	-1.57916×10-9	B3	0
A8	3.65531×10-12	B4	0

A10	-8.30685×10-15	B5	0
				A12	1.12844×10-17	B6	0
A14	-5.98173×10-22

扫描透镜6的出射侧表面(特殊表面)的系数列在表4中。

表4

主扫描方向上的系数		副扫描方向上的系数
				K	1.94524	B1	-2.08484×10-5
A4	-9.04035×10-7	B2	1.67626×10-5
				A6	-1.03608×10-9	B3	-1.08187×10-8
A8	1.32700×10-12	B4	-1.01661×10-8
				A10	-3.07707×10-15	B5	4.95931×10-12
A12	3.39516×10-18	B6	9.76946×10-12
				A14	-1.38719×10-21

下面，解释表示根据第一实施例的特征结构的光焦度衍射表面被采用为联结透镜2的实例。联结透镜2是树脂制造的透镜，它的一个表面是同心圆阶梯式形状的光焦度衍射表面，另一个表面是旋转对称的非球面。图3描绘根据第一实施例的联结透镜2的正视图及其沿包括光轴的平面的截面图。这里，图3中的水平方向表示主扫描方向，同时垂直方向表示副扫描方向。图3描绘从光轴方向看的联结透镜2的光焦度衍射表面的正视图及其取自与副扫描方向和光轴方向平行的虚拟截端面的截面图。联结透镜2的一个表面上形成如图3中所示的由同心圆形状的阶梯式凹槽集合形成的同心圆形状的光焦度衍射表面。联结透镜2的另一个表面(图3中的右侧表面)上形成旋转对称非球面形状的折射表面。

当从作为光源的半导体激光器1一侧进入作为第一光学元件的联结透镜2并且通过联结透镜2时，光束(发散光束)被转换到具有需要截面形状的光束，然后被引导到作为第二光学元件的圆柱透镜4。对于联结透镜2的光焦度衍射表面，光焦度被设定成使由于半导体激光器1中的模式跳变或者温度变化引起的在主扫描方向和副扫描方向中的一个或者两者上光束腰部位置的变化近似为0。

形成根据如图2中所示的第一实施例的光学扫描装置中的光学系统的各个元件的特殊结构解释如下。

光源：

作为光源的半导体激光器1具有所设计的785纳米的光发射波长。当温度相对于25摄氏度的常温升高1摄氏度时，光发射波长向长波长一侧偏移0.25纳米。关于跳变模式，假设为0.8纳米的波长变化，如前文所述。

联结透镜：

联结透镜2是如前文所述的具有光焦度衍射表面的树脂制造的透镜，被设置成具有13.952毫米的焦距并且具有转换到弱发散光束的功能。联结透镜2的一个表面是非球面。通过该非球面，被转换到具有需要截面形状的光束的波像差被充分纠正。

半导体激光器1和联结透镜2被由具有线膨胀系数为7.0×10^-5的材料制成的保持构件稳固地保持。联结透镜2的入射表面的光焦度衍射表面由下式表示

W_in＝C₀·r²，

其中w_in是相位函数，r满足

r²＝Y²+Z²，

其中Y是以光轴为原点的主扫描方向上的坐标，Z是以光轴为原点的副扫描方向上的坐标，C₀是系数(原文公式删除)。该衍射部分被形成为构成具有-8.783毫米的曲率半径的球面的衍射部分。因为这个原因，所完成的光焦度衍射表面是阶梯式的。

联结透镜2的出射表面的折射表面是旋转对称的非球面，并且是由等式(3)给出的非弧形形状。也就是说，该旋转对称非球面由等式(3)表示，其中R是近轴曲率半径；H是离开光轴的距离；K是圆锥常数；A₁，A₂，A₃，A₄，A₅，……是高阶系数；X是光轴方向上的深度。

$X=\frac{Y^2/R_m}{1+\sqrt{1-(1+K_m)}\·{(Y/R_m)}^2}+A_1\·Y+A_2\·Y^2+A_3\·Y^3+A_4\·Y^4+A_5\·Y^5+A_6\·Y^6\·\·\·---\left(3\right)$

联结透镜2的出射侧表面的系数列于表5中。

表5

主扫描方向上的系数		副扫描方向上的系数
				K	-4.13108×10-1	B1	-
A4	-9.12787×10-5	B5	-

A6	3.04089×10-6	B7	-
				A8	-9.80126×10-7	B9	-
A10	7.71039×10-8	B11	-

下面解释图2中描绘的根据第一实施例的光学扫描装置的孔径3的特殊结构。孔径3有一个在主扫描方向上2.76毫米的开口直径和在副扫描方向上2.36毫米的开口直径的“长方形开口”。与联结透镜2一起，将光束的截面形状定形到预定的形状。

下面解释图2中描绘的根据第一实施例的光学扫描装置的作为第二光学元件的变形光学元件4的特殊结构。变形光学元件4是将通过作为第一光学元件的联结透镜2的光束引导到光学偏转器，并且具有入射侧表面形成在一个平面上并且出射侧表面上形成一个平面的线性光焦度衍射表面的第二光学元件。入射面上的光焦度衍射表面由下式表示

W_in＝C_Z·Z²，

其中w_in是相位函数。这里，Z是以光轴为原点的副扫描方向上的坐标，C_Z是系数，C_Z＝-2.5359×10^-2。

下面解释图2中描绘的根据第一实施例的光学扫描装置的光学偏转器和声音屏蔽玻璃G1的具体实例。作为光学偏转器的多面镜5具有6个反射表面和13毫米的内径。声音屏蔽玻璃G1由与第一玻璃相同的材料制成，并且具有1.9毫米的厚度和y方向上12度的倾角α。还有，从光源侧进入的光束的前进方向和从多面镜5的偏转反射表面反射的光束朝向将要扫描的表面8上的图像高度为0的位置的前进方向之间形成的夹角θ为68度。

根据第一实施例的光束腰部位置在主扫描方向和副扫描方向上的变化如表6所示。

表6

	波长跳变(mm)	温度变化(mm)
			主扫描方向	0.36	-0.49
副扫描方向	1.52	-1.82

另一方面，如果联结透镜2没有采用光焦度衍射表面，则光束腰部位置的变化如表7所示。

表7

	波长跳变(mm)	温度变化(mm)
			主扫描方向	-6.28	8.76

副扫描方向

-5.37

7.64

从表6和表7之间的比较显而易见，光束腰部位置的变化由于所形成的光焦度衍射表面使衍射部分的光焦度和折射部分的光焦度抵消的作用而减小。

如上文中已解释的，由于光学扫描装置中使用的树脂制造的光学元件因环境温度变化而变形，造成激光束直径发生变化或者有个别差异，根据第一实施例，为了解决该问题，在光路上设置的每一个联结透镜和变形光学元件都配备一个衍射表面和一个折射表面。通过光学设计使其透镜光焦度抵消，可以防止产生发散光和光点直径变厚，由此实现用一直稳定的激光束直径进行的稳定的扫描和曝光。

下面详细解释根据第二实施例的光学扫描装置。第二实施例与第一实施例的不同在于设置具有圆形衍射表面和与其相对的单向衍射表面的变形光学元件以处理激光束直径变化，并且在fθ透镜后面也设置一个变形光学元件。其它部件与根据第一实施例的光学扫描装置相似。相同的部件被标以相同的参考数字并且这里不再作解释。

图4是描绘根据第二实施例的光学扫描装置的光学元件排列的结构示意图。图4中，1表示作为光源的半导体激光器，2表示作为第一光学元件的联结透镜，3表示孔径，4表示作为第二光学元件的变形光学元件，5表示作为光学偏转其的旋转多面镜的多面镜，6表示作为第三光学元件的扫描光学系统，8表示将要扫描的表面。还有，G1表示用以屏蔽在其中容纳多面镜5的声音屏蔽机架(未显示)的窗口的声音屏蔽玻璃，同时G2表示在其中容纳图4中描绘的光学扫描装置的光学系统的外壳的偏转光束出射单元处设置的防尘玻璃。

由半导体激光器1发出的发散光束被联结透镜2转换到具有需要截面的光束，通过孔径3光束成形，然后进入变形光学元件4。通过变形光学元件4的光束在副扫描方向上会聚并且也通过声音屏蔽玻璃G1以形成在多面镜5的偏转反射表面附近作为在主扫描方向上拉长的线性图像的图像。该光束被反射到多面镜5的偏转反射表面上以通过声音屏蔽玻璃G1进入扫描光学系统6。扫描光学系统6由两个透镜6-1和6-2形成。通过透镜6-1和6-2的光束然后通过防尘玻璃G2进入将要扫描的表面8，从而通过扫描光学系统6的作用在将要扫描的表面8上形成光点。

当多面镜5以恒定速度旋转时，从偏转反射表面反射的光束以恒定的角速度被偏转。扫描光学系统6具有fθ特性，其中由于光束被以恒定角速度偏转时的进入形成的光点在将要扫描的表面8上沿主扫描方向(图4中的垂直方向)以恒定速度移动。光点以恒定速度光学扫描被扫描的表面8。形成扫描光学系统6的透镜6-1和6-2也是变形光学元件并且在副扫描方向上产生多面镜5的偏转反射表面的位置和将要扫描的表面8的位置之间的几何光学共轭关系。以此，多面镜5的偏转反射表面的表面落差被纠正。将要扫描的表面8基本上是光敏介质(例如感光鼓)的光敏表面。

变形光学元件4是树脂制造的合成透镜，一个表面被形成为作为同心圆中成形的光焦度衍射表面的球面，另一个表面被形成为作为线性光焦度衍射表面的圆柱表面。图5A，5B，5C和5D的每一个都描绘变形光学元件4，图5中的水平方向表示主扫描方向并且其中的垂直方向表示副扫描方向。图5A是从光轴方向看的变形光学元件4的正视图。在一侧(前侧)的表面上形成如图5A中所示的由同心圆形状的凹槽集合形成的同心圆中成形的光焦度衍射表面4A。图5C和5D都描绘同心圆中成形的光焦度衍射表面4A的截面4AR。在另一侧的表面(背面)上形成如图5B中所示的由线性凹槽集合形成的线性光焦度衍射表面4B。同样地，图5C和5D都描绘由线性凹槽集合形成的线性光焦度衍射表面4B的截面4BR。

图5C是平行于变形光学元件4的主扫描方向和光轴方向的虚拟截面图的端视图，同时图5D是平行于变形光学元件4的副扫描方向和光轴方向的虚拟截面图的端视图。如在这些端视图中所示，变形光学元件4是一个合成透镜，其一个表面被形成为作为同心圆中成形的光焦度衍射表面4A的球面，另一个表面被形成为作为线性光焦度衍射表面4B的圆柱表面。当从光源一侧进入变形光学元件4的光束(平行光束)通过变形光学元件4时，该光束变成平行于主扫描方向并且在副扫描方向上会聚的光束。该光焦度衍射表面在主副扫描方向上的光焦度被设定为使由于半导体激光器1中的模式跳变或者温度变化引起的光束腰部位置在主扫描方向和副扫描方向的一个或者两者之上的变化近似为0。

下面，解释图4中描绘的根据第二实施例的光学扫面装置的每个部件的第二个结构实例。有关用于第二实施例的玻璃材料(下文中称“第二玻璃”和“第三玻璃”)和树脂材料(下文中称“第二树脂”)的数据以及再后面解释的比较实例列在表8中。

表8

	中间值	波长跳变	温度变化	线膨胀系数
					第二玻璃	1.68963	1.68959	1.68953	7.5×10-6
第三玻璃	1.51439	1.51434	1.51429	7.5×10-6
					第二树脂	1.52726	1.52723	1.52537	7.0×10-5

表8中，“中间值”表示相对于在25摄氏度的参考温度下的使用波长的折射率，“波长跳变”表示当由于模式跳变发生波长跳变时的折射率，“温度变化”表示当温度从参考温度升高20摄氏度时的折射率。在由于模式跳变的“波长跳变”中，假设0.8纳米的波长变化为允许限度。

光学扫描装置的各个部件解释如下。

光源：

作为光源的半导体激光器1具有所设计的655纳米的光发射波长。当温度相对于25摄氏度的常温升高1摄氏度时，光发射波长向长波长一侧偏移0.2纳米。关于模式跳变，假设为0.8纳米的波长变化，如前文所述。

联结透镜：

联结透镜2是由第二玻璃材料制成的玻璃制造的透镜，其前面的主点被设置于离半导体激光器1的光发射单元27毫米处以得到27毫米的焦距进行校准操作。非球面被用于联结透镜2。通过该非球面，准直光束的波像差被充分纠正。半导体激光器1和联结透镜2被由具有线膨胀系数为7.0×10^-5的材料制成的保持构件稳固地保持。

孔径：

孔径3具有在主扫描方向上8.14毫米的开口直径和在副扫描方向上2.96毫米的开口直径的“长方形开口”。孔径3用于被联结透镜2校准的光束的光束成形。

变形光学元件：

变形光学元件4具有在作为同心圆中的光焦度衍射表面的球面中形成的入射表面和在作为线性光焦度衍射表面的圆柱表面中形成的出射表面。入射表面上的光焦度衍射表面由下式表示

W_in＝C₀·r²，

其中W_in是相位函数，并且入射侧的光焦度衍射表面也由下式表示

W_out＝C_Z·Z²，

其中W_out是相位函数。这里r满足

r²＝Y²+Z²，

其中Y是以光轴为原点的主扫描方向上的坐标，同时Z是以光轴为原点的副扫描方向上的坐标。C₀是系数并且C₀＝-2.0373×10^-3，，同时C_Z是系数并且C_Z＝-1.5004×10^-2。入射侧表面上的衍射部分形成在构成具有-246.5毫米的曲率半径的球面的折射部分上。因为这个原因，所完成的光焦度衍射表面是阶梯式的。出射侧表面上的衍射部分形成在构成具有69.16毫米的曲率半径的圆柱表面的衍射部分上。

光学偏转器

作为光学偏转器的多面镜5具有5个反射表面和18毫米的内径。变形光学元件4的出射表面和多面镜5的转轴之间的距离被设定为图4中所示的配置中的水平方向上x＝82.97毫米的距离和垂直方向上y＝112.77毫米的距离。

声音屏蔽玻璃G1由第二玻璃作为材料制造，并且具有1.9毫米的厚度和y方向上16度的倾角α。还有，从光源侧进入的光束的前进方向和从多面镜5的偏转反射表面反射的光束朝向将要扫描的表面8上的图像高度为0的位置的前进方向之间形成的夹角θ为58度。

表9描述有关在光学偏转器后面设置的光学系统元件的数据。

表9

	Rm	Rs	X	Y	n
						光学偏转器(转轴)	-	-	79.75	8.8	-
扫描光学系统6-1	-279.88	-61.00	22.6	0	第一树脂
							-83.58762		75.85	0	-
扫描光学系统6-2	6950	110.91	4.9	0	第一树脂
							765.95	-68.22	158.71	0	-
将要扫描的表面	-	-	-	-	-

在该表中，R_m表示“主扫描方向上的近轴曲率”，同时R_s表示“副扫描方向上的近轴曲率”。D_x和D_y(表9中表示为“X”和“Y”)的每一个都表示从一个光学元件的起点到下一个光学元件的起点的相对距离。所有的值都以毫米为单位。举例来说，对于光学偏转器后面的光学系统元件的相对距离D_x和D_y，当从光学偏转器(多面镜5)的转轴看时，扫描光学系统6的透镜6-1(入射侧表面的光轴位置)的入射表面的起点在光轴方向(x方向，也即图4中的水平方向)上79.75毫米远处，和在主扫描方向(y方向，也即图4中的垂直方向)上8.8毫米远处。还有，透镜6-1在光轴上的厚度为22.6毫米，透镜6-1和6-2之间的表面距离为75.85毫米，透镜6-2在光轴上的厚度为4.9毫米，并且从扫描光学系统6的透镜6-2到将要扫描的表面的距离为158.71毫米。这里，如图4中所示，由第二玻璃制造的厚度为1.9毫米的防尘玻璃G2被设置于扫描光学系统6的透镜6-2和将要扫描的表面之间。

扫描光学系统6的透镜6-1和6-2的每个表面都是非球面。透镜6-1的入射侧表面和透镜6-2的入射侧表面及出射侧表面都是在主扫描方向上如由等式(1)给出的非弧形形状，并且有根据等式(2)变化的副扫描截面(与光轴和副扫描方向平行的虚拟截面)的曲率的特殊表面。还有，透镜6-1的出射侧表面是由等式(3)表示的旋转对称的非球面。透镜6-1的入射侧表面(特殊表面)的系数列在表10中。

表10

主扫描方向上的系数		副扫描方向上的系数
				K	-2.900×10	B1	-2.066×10-6
A1	0	B2	5.728×10-6
				A2	0	B3	3.152×10-8
A3	0	B4	2.280×10-9
				A4	1.756×10-7	B5	-3.730×10-11
A5	0	B6	-3.283×10-12
				A6	-5.492×10-11	B7	1.766×10-14
A7	0	B8	1.373×10-15
				A8	1.088×10-14	B9	-2.890×10-18
A9	0	B10	-1.985×10-19
				A10	-3.183×10-19	B11	0
A11	0	B12	0
				A12	-2.635×10-24	B13	0

透镜6-1的出射侧表面(旋转对称非球面)的系数列在表11中。

表11

主扫描方向上的系数		副扫描方向上的系数
				K	-0.549	B1	-
A1	0	B2	-
				A2	0	B3	-
A3	0	B4	-
				A4	2.748×10-7	B5	-
A5	0	B6	-
				A6	-4.502×10-12	B7	-
A7	0	B8	-
				A8	-7.366×10-15	B9	-
A9	0	B10	-
				A10	1.803×10-18	B11	-
A11	0	B12	-
				A12	2.728×10-23	B13	-

透镜6-2的入射侧表面(特殊表面)的系数列在表12中。

表12

主扫描方向上的系数		副扫描方向上的系数
				K	0	B1	-9.594×10-7
A1	0	B2	-2.135×10-7
				A2	0	B3	-8.080×10-12
A3	0	B4	2.391×10-12
				A4	1.550×10-8	B5	2.881×10-14
A5	0	B6	3.694×10-15
				A6	1.293×10-14	B7	-3.259×10-18
A7	0	B8	1.814×10-20

A8	-8.811×10-18	B9	8.722×10-23
				A9	0	B10	-1.341×10-23
A10	-9.182×10-22	B11	0

透镜6-2的出射侧表面(特殊表面)的系数列在表13中。

表13

主扫描方向上的系数		副扫描方向上的系数
				K	5.790	B1	0
A1	0	B2	3.644×10-7
				A2	0	B3	0
A3	0	B4	-4.847×10-13
				A4	-1.150×10-7	B5	0
A5	0	B6	-1.666×10-16
				A6	1.097×10-11	B7	0
A7	0	B8	4.535×10-19
				A8	-6.542×10-16	B9	0
A9	0	B10	-2.819×10-23
				A10	1.984×10-20	B11	0
A11	0	B12	0
				A12	-2.412×10-25	B13	0

根据第二实施例在主扫描方向上的光点直径与相关于将要扫描的表面的光束腰部位置的散焦之间的关系如图6A中所示，同时根据第二实施例在副扫描方向上的光点直径与相关于将要扫描的表面的光束腰部位置的散焦之间的关系如图6B中所示。每幅图中，都描绘了当参考温度为25摄氏度(下文中称“常温”)时的关系和温度相对于常温升高20摄氏度(“温度变化”)的关系，和光发射波长改变0.8纳米(“波长跳变”)时的关系。图6A描绘主扫描方向上的光点直径，同时图6B描绘副扫描方向上的光点直径，两个情况中光点的图像高度都为0。由图6A和图6B显而易见，在根据第二实施例的光学扫描装置中，光点直径和散焦量之间的关系在常温状态，温度变化状态和波长跳变状态的任何状态中在主副扫描方向上都基本没有变化。这意味着在主副扫描方向上的光束腰部位置与温度变化或者模式跳变无关基本没有变化。

下面，考虑根据第一或者第二实施例的光焦度衍射表面具有工艺误差的情况。例如，根据第二实施例的球面上形成的，同心圆中成形的以及在变形光学元件的入射表面一侧采用的光焦度衍射表面的凹槽间距在该凹槽间距更加远离光轴时逐渐减小。在第二实施例中该凹槽间距最小是在100微米的数量级上。这里假定凹槽间距有2微米，4微米和6微米工艺误差中的一个。这样的工艺误差严重改变了变形光学元件的光焦度。如果这样的有工艺误差的变形光学元件被实际安装在光学扫描装置上，则光束的聚光点会严重地偏移将要扫描的表面8，因此加大了光点。如果这样的光学扫描装置被开发到特别是彩色光学打印机，则将使色彩再现能力恶化并且失去灰度。然而，由于光束的聚光点这样的偏移量在整个图像的高度上大致相等，如果该变形光学元件在光轴方向移动，则可以吸收该偏移。

图7是根据第二实施例的光学扫描装置中用以吸收光束的聚光点偏移的调整机构的示意图。图7中，100表示变形光学元件，101表示固定变形光学元件的保持器。保持器101由于被没有显示的弹簧的弹力加压而被定位到外壳上设置的停止参考销102和齿轮103之上。保持器101有一个侧面，该侧面在与齿轮103接触的部分配备齿条形状的齿轮。该齿条形状的齿轮与齿轮103啮合。因此，当齿轮103转动时，保持器101相应地沿光轴方向运转。通过这样一个结构，变形光学元件可以在光轴方向上移动。因此，即使设置到变形光学元件上的光焦度散射表面有工艺误差，需要的光点仍可以在将要扫描的表面上形成。当然，设置这样一个机械系统不是必不可少的。在一种方案中，当变形光学元件被固定到光学扫描装置上时，该变形光学元件在位置上进行调整并且用粘合剂固定。以此，不需要任何调整机构，并且防止调整后不必要的部件保留在光学扫描装置中。

这里，作为该方案的前提，即使变形光学元件中存在工艺误差也必须得到需要的衍射效果。然而，即使在凹槽间距中存在2微米，4微米和6微米中的任何一种工艺误差，也可以指望与所设计的中间值精确相同数值的衍射效果。图8A和8B是描绘当根据第二实施例的变形光学元件的环境温度变化时的焦距变化的曲线图。图8A和8B描绘当变形光学元件的环境温度从25摄氏度的温度变化到10摄氏度和45摄氏度时变形光学元件的焦距变化完全相同。

如上文解释的，根据第二实施例，具有作为圆形衍射表面的一个表面和作为单向衍射表面的相对表面的变形光学元件被设置于多面镜反射前的光路上，另一个用于只在主扫描方向上进行修正的变形光学元件被设置于fθ透镜后面的光路上。以此，可以防止发散光的产生和光点直径变厚，从而实现用一直稳定的激光束直径的稳定的扫描和曝光。

下面详细解释根据第三实施例的光学扫面装置。第三实施例与第一实施例的不同在于联结透镜的透镜规格被详细定义。其它部件与根据第一实施例的光学扫描装置相似。相同的部件被标以相同的参考数字，这里不再作解释。根据第三实施例的光学扫描装置的光学系统的示意结构与第一实施例中解释的图2中的结构相似。

下面详细解释联结透镜的规格。

联结透镜2是树脂制造的透镜，具有作为阶梯式同心圆中成形的光焦度衍射表面的一个表面和作为旋转对称的非球面的另一个表面。

图9A是从光轴方向上看的根据第三实施例的联结透镜2的正视图。图9B是根据第三实施例的联结透镜2的截面图。水平方向表示主扫描方向，同时垂直方向表示副扫描方向。图9A和9B中，联结透镜2的一个表面2a在其上形成由在同心圆中成形的阶梯式凹槽的集合形成的在同心圆中成形的光焦度衍射表面。另一个表面2b在其上形成旋转对称非球面形状的折射表面。

当从半导体激光器1进入联结透镜2并且通过联结透镜2时，光束(发散光束)被转换到具有需要截面形状的光束，然后被引导到作为第二光学元件(第二光学系统)的变形光学元件4。联结透镜2的光焦度衍射表面的光焦度被设定成使由于半导体激光器1中的温度变化或者模式跳变引起的光束腰部位置在主扫描方向和副扫描方向的一个或者两者上的变化近似为0。

同样地，联结透镜2具有作为衍射表面2a的一个表面和作为折射表面2b的另一个表面。关于衍射表面2a，由于因光源的波长变化引起的工艺误差不可避免地降低了光学利用效率。因而，通过只在一个表面采用的衍射表面2a(条件(4))，可以提高光学利用效率。此外，联结透镜2的衍射表面2a的光焦度满足下面的条件等式(5)至(7)。

|P3|≥|P1+P2|                                    (5)

|P1|＞|P1+P2|并且|P2|＞|P1+P2|                   (6)

P1×P3＞0→温度修正效应                          (7)

其中P1是树脂制造的透镜的衍射表面的衍射部分的在主扫描方向或者副扫描方向上的光焦度，P2是衍射表面的折射部分在P1中所定义的方向上的光焦度，P3是树脂制造的透镜的衍射表面之外的另一个表面上在P1中所定义的方向上的光焦度。

这里，条件等式(6)表示衍射表面2a的衍射部分的光焦度及其折射部分的光焦度被设定为相互抵消。|P1|＞|P1+P2|表示衍射部分的光焦度的绝对值通过增加折射部分的光焦度而被抵消。|P2|＞|P1+P2|表示折射部分的光焦度的绝对值通过增加衍射部分的光焦度而被抵消。此时，衍射表面2a的光焦度被作为一个整体降低。

此外，在条件等式(5)中，通过满足|P3|≥|P1+P2|，整个表面的光焦度可以在折射部分上分配，从而得到对表面之间的中心偏移有抵抗力的光学元件。

此外，通过满足条件等式(6)，虽然衍射表面2a的光焦度降低，衍射表面的形状变得更相似于阶梯式形状。虽然最理想的形状是阶梯式形状，只有满足式(6)，才可以采用一种形成方案而不会引起诸如成形器处理中发生的工艺残余。以此，也可以缩短处理时间。从这样的处理时间的缩短中可以得到附属优点，诸如在处理过程中减少热量产生，这对于得到高精度的衍射表面2a是更为可取的。由于衍射表面2a的不规则轮廓被平滑地完成，因此可以几乎完全防止发散光的产生和光点直径变厚。

条件等式(7)表示使折射部分的光焦度的符号和衍射部分的符号彼此完全相同。

通常，具有正光焦度的折射透镜随着温度升高作如下变化。

.曲率半径由于膨胀而变大；

.折射率变小；以及

.半导体激光器的波长变长。

所有这些变化都在使折射透镜的焦距变长的方向上起作用。另一方面，关于具有正光焦度的衍射部分，由于波长变长焦距被缩短。因此，如果折射部分和衍射部分的符号彼此完全相同，则温度升高时焦距的变化可以被抵消，并且焦距的变化可以作为整体而减小。当温度降低时，折射部分和衍射部分的焦距以与温度升高时相反的方向变化，并且同样可以作为整体减小焦距的变化。

一般而言，作为第一光学元件(第一光学系统)的联结透镜2要求将发散光束转换到具有需要截面的光束的功能，而且必须在主扫描方向和副扫描方向中的一个或者两者中有正光焦度。作为第二光学元件(第二光学系统)的变形光学元件4要求将来自第一光学系统的光束形成为在光学偏转器(多面镜5)的偏转反射表面附近的主扫描方向上拉长的线性图像，并且，为了做到这一点，必须至少在副扫描方向上具有正光焦度。就是说，为了不仅实现温度补偿而且实现联结功能或者线性图像形成功能，作为整个光焦度的P1+P2+P3必须是正光焦度。这里，如果P3＞0，根据条件等式(5)，可以满足P1+P2+P3为正光焦度。

如上文已解释的，通过将光焦度衍射表面设置到第一光学系统或者第二光学系统，由温度引起的光束腰部位置的变化可以作为单一要素被减小。如果使作为单一要素的温度修正效应过度，则可以实现整个光学扫描装置中的温度补偿。因此，通过将至少在主扫描方向和副扫描方向中的一个方向上具有正光焦度的树脂制造的透镜设置到作为第三光学元件(第三光学系统)的扫描透镜6，就可以实现低成本和轻重量。还有，通过满足条件等式(4)和等式(5)至(7)，可以减小光点直径。

此外，树脂制造的扫描透镜可以容易地被用于非球面和自由表面。作为初始特性，可以确保包括小光点直径的优良的光学特性。通过根据第三实施例的每个部件的这样的结构，包括唯一发生问题的温度特性的光学特性可以被提高。

如上文已解释的，整个表面的光焦度在折射表面2b的折射部分上分配，从而使光学元件具有对表面之间的中心偏移的抵抗力。然而，最希望得到的是衍射表面2a的光焦度为0，尤其是P1＝-P2。以此，即使衍射表面2a相对于折射表面2b中心偏移，也可以提供一种光点直径恶化较小的光学扫描装置。

还有，如果衍射表面2a具有阶梯式结构，则可以采用某种形成方案而不会引起诸如成形器处理中发生的工艺残余。以此，也可以缩短处理时间。从这样的处理时间的缩短中可以得到附属优点，诸如在处理过程中减少热量产生，这对于得到高精度的衍射表面2a是更为可取的。

透镜自身的光焦度由入射面和出射面的光焦度的结合给出。即使一个表面上没有光焦度，通过适当调整相对一侧上的光焦度，可以达到需要的透镜光焦度。因此，阶梯式的光焦度衍射表面可以被用于任何光焦度的透镜。

当然，不规则轮廓可以被极光滑地完成，因为即使在局部也不存在非平面部分。还有，发散光或者光点直径变厚几乎不会产生。

作为第一光学系统的联结透镜2是用于将来自半导体激光器1的发散光束转换到具有需要截面的光束的光学系统。通常，包括于第一光学系统中的光学元件必须在主扫描方向，副扫描方向和光轴方向中的一个，两个，或者所有方向上都进行调整。如果需要这样精确的调整，则光学元件很有可能在调整期间绕光轴旋转。当合成表面绕光轴旋转时，光点直径被恶化。因此，所述表面最好尽可能是旋转对称表面。还有，第一光学系统中的衍射表面的总光焦度最好尽可能降低，并且最希望的是衍射表面的光焦度为0。因此，为了修正波像差，与衍射表面相对的折射表面2b被形成为旋转对称的非球面。

下面详细解释根据第三实施例的光学扫面装置的第三种特殊结构的实例。

有关用于第三实施例的玻璃材料(下文中称“第四玻璃”)和树脂材料(下文中称“第三树脂”)的数据列在表14中。

表14

材料数据

	中间值	波长跳变	温度变化	线膨胀系数
					第四玻璃	1.511084	1.511068	1.511027	7.5×10-6
第三树脂	1.523867	1.523852	1.522026	7.0×10-5

表14中，“中间值”表示在25摄氏度的参考温度下相关于使用波长的折射率，“波长跳变”表示当由于模式跳变发生波长跳变时的折射率，“温度变化”表示当温度从参考温度升高20摄氏度时的折射率。在由于模式跳变的“波长跳变”中，假设0.8纳米的波长变化为允许限度。

表15描述有关具有如图2所示的光学系统结构的多面镜(光学偏转器)5后面设置的光学系统部件的数据。

表15

光学偏转器后面的光学系统数据

	Rm	Rs	X	Y	n
						多面镜(转轴)5	-	-	42.99	6.91	-
扫描透镜6	179	-96.399	13.5	0	第一树脂
							-157.258	-19.327	176	0	-
将要扫描的表面8	-	-	-	-	-

表15中，R_m表示“主扫描方向上的近轴曲率”，同时R_s表示“副扫描方向上的近轴曲率”。D_x和D_y每一个都表示“从一个光学元件的起点到下一个光学元件的起点的相对距离”。所有的值都以毫米为单位。

举例来说，关于相对于多面镜5的D_x和D_y，当从多面镜5的转轴看时，扫描透镜6的入射表面的起点(入射侧表面的光轴位置)在光轴方向(x方向，也即图2中的水平方向)上42.99毫米远处，和在主扫描方向(y方向，也即图2中的垂直方向)上6.91毫米远处。还有，扫描透镜6在光轴上的厚度为13.5毫米并且从扫描透镜6到将要扫描的表面8的距离为176毫米。这里，如图2中所示，由第三玻璃制造的厚度为1.9毫米的防尘玻璃G2被设置于扫描透镜6和将要扫描的表面8之间。

扫描透镜6的每个表面都是非球面，并且是在主扫描方向上如条件(4)给出的非弧形的特殊表面，而且有在主扫描方向上根据条件等式(5)变化的副扫描截面(与光轴和副扫描方向平行的虚拟截面)的曲率。

非弧形形状：

等式(8)表示非弧形形状，其中R_m是主扫描截面的近轴曲率半径；Y是在主扫描方向上离开光轴的距离；K是圆锥常数；A₁，A₂，A₃，A₄，A₅，……是高阶系数；X是光轴方向上的深度。

$X=\frac{\frac{Y^2}{R_m}}{1+\sqrt{1-(1+K_m)}\·{\left(\frac{Y}{R_m}\right)}^2}+A_1\·Y+A_2\·Y^2+A_3\·Y^3+A_4\·Y^4+A_5\·Y^5+A_6\·Y^6\·\·\·---\left(8\right)$

副扫描截面的曲率变化：

表示副扫描截面的曲率C_s(Y)(Y是以光轴位置为原点的主扫描方向上的坐标)在主扫描方向上变化的状态的等式被表示为等式(9)，其中R_s(0)是包括光轴的副扫描截面的曲面半径，B₁，B₂，B₃，……是系数。

$C_S\left(Y\right)=\frac{1}{R_S\left(0\right)}+B_1\·Y+B_2\·Y^2+B_3\·Y^3+B_4\·Y^4+B_5\·Y^5+B_6\·Y^6+\·\·\·---\left(2\right)$

扫描透镜6的入射侧表面(特殊表面)的系数列在表16中。

表16

主扫描方向上的系数		副扫描方向上的系数
				K	-5.35584×10	B1	0
A4	-1.38469×10-6	B2	0
				A6	-1.57916×10-9	B3	0
A8	3.65531×10-12	B4	0
				A10	-8.30685×10-15	B5	0
A12	1.12844×10-17	B6	0
				A14	-5.98173×10-22

扫描透镜6的出射侧表面(同轴非球面)的系数列在表17中。

表17

主扫描方向上的系数		副扫描方向上的系数
				K	1.94524	B1	-2.08484×10-5
A4	-9.04035×10-7	B2	1.67626×10-5
				A6	-1.03608×10-9	B3	-1.08187×10-8
A8	1.32700×10-12	B4	-1.01661×10-8
				A10	-3.07707×10-15	B5	4.95931×10-12
A12	3.39516×10-18	B6	9.76946×10-12
				A14	-1.38719×10-21

作为一个光学元件，形成如参考图2解释构造的元件。衍射表面2a的光焦度被设定为使由于半导体激光器1中的模式跳变或者温度变化引起的光束腰部位置在主扫描方向和副扫描方向中的任何一个上的变化近似为0。

根据第三实施例的光学系统的每个部件都如上文所解释地构成。这里，多面镜5前面的光学系统的光学元件被适当排列以使在整个光学系统的主扫描和副扫描中的图像形成位置在将要扫描的表面8附近。

光源：

作为光源的半导体激光器1具有所设计的785纳米的光发射波长。当温度相对于25摄氏度的常温升高1摄氏度时，光发射波长向长波长一侧偏移0.25纳米。关于模式跳变，假设为0.8纳米的波长变化，如前文所述。

联结透镜：

联结透镜2是如前文所述的具有光焦度衍射表面的树脂制造的透镜，被设置成具有12.5毫米的焦距并且具有转换到弱发散光束的功能。联结透镜2的一侧表面是非球面。通过该非球面，经转换而具有需要截面形状的光束的波像差被充分修正。

半导体激光器1和联结透镜2由用诸如铝的线膨胀系数为2.3×10^-5的材料制成的保持构件稳固地保持。

入射表面的光焦度衍射表面由下式表示

W_in＝C₀·r²，

其中w_in是相位函数，r满足

r²＝Y²+Z²，

其中Y是以光轴为原点的主扫描方向上的坐标，Z是以光轴为原点的副扫描方向上的坐标，C₀是系数并且满足C₀＝5.415×10^-2。该衍射部分形成于构成具有-9.234毫米的曲率半径的球面的折射部分之上。此时，P1＝-P2，并且所形成的衍射表面是阶梯式的。也就是说，第一表面的光焦度是无光焦度。

出射面的折射表面2b是旋转对称的非球面，并且是由条件(4)给出的非弧形形状。旋转对称非球面

旋转对称非球面由等式(10)表示，其中R是近轴曲率半径；H是离开光轴的距离；K是圆锥常数；A₁，A₂，A₃，A₄，A₅，……是高阶系数；X是光轴方向上的深度。

$X=\frac{\frac{H^2}{R_m}}{1+\sqrt{1-(1+K_m)}\·{\left(\frac{H}{R_m}\right)}^2}+A_1\·Y+A_2\·Y^2+A_3\·Y^3+A_4\·Y^4{+A}_5\·A^5+A_6\·Y^6\·\·\·---\left(10\right)$

联结透镜2的出射侧表面的系数列于下面。

K_m＝-4.293×10^-1，R_m＝-9.232，A₁＝A₂＝A₃＝0，A₄＝-1.896×10^-4，A₆＝4.258×10^-6，A₈＝-2.347×10^-6，A₁₀＝2.269×10^-7。

孔径：

孔径3有在主扫描方向上2.76毫米的开口直径和在副扫描方向上2.36毫米的开口直径的长方形开口。与联结透镜2一起近行光束成形从而使光束具有需要的截面。

变形光学元件：

变形光学元件4具有只在副扫描方向上有光焦度的圆柱表面上形成的入射侧表面和作为阶梯式衍射表面形成的副扫描截面与主扫描方向中的位置无关而相同的出射侧表面。副扫描方向上入射表面的曲率半径是19.723毫米。入射表面上的衍射表面由等式(11)表示

W＝C_Z·Z²，                      (11)

其中w是相位函数，并且C_Z是满足C_Z＝-2.82×10^-2的系数。

该衍射表面形成于构成具有17.675毫米的曲率半径的圆柱表面的折射部分之上。此时，P1＝-P2，并且所形成的衍射表面是阶梯式的。也就是说，第二表面的光焦度是无光焦度。

光学偏转器

作为光学偏转器的多面镜5具有6个反射表面和13毫米的内径。

光学偏转器的声音屏蔽玻璃G1用第三玻璃制造，并且具有1.9毫米的厚度和y方向(图中的垂直方向)上12度的倾角α。

还有，从作为光源的半导体激光器1一侧进入的光束的前进方向和从偏转反射表面反射的光束朝向将要扫描的表面8上的图像高度为0的位置的前进方向之间形成的夹角θ为68度。

根据第三实施例的光束腰部位置在主扫描方向和副扫描方向上的变化如表18所示。

表18

光束腰部位置变化

	波长跳变(mm)	温度变化(mm)
			主扫描方向	1.14	-0.52
副扫描方向	1.94	0.03

可以知道，由于衍射表面的作用，光束腰部位置在两个方向上的变化都被减小。

第三结构实例中主扫描光束相关于散焦的光点直径示于图10A中，同时第三结构实例中副扫描光束相关于散焦的光点直径示于图10B中。图10A是描绘根据第三实施例的光学扫描装置的主扫描方向上散焦和光点直径之间的关系的曲线图。图10B是描绘根据第三实施例的光学扫描装置的副扫描方向上散焦和光点直径之间的关系的曲线图。

下面，考虑根据第三结构实例的衍射表面具有工艺误差的情况。

例如，根据第三结构实例的球面上形成，同心圆中成形并且在变形光学元件4的入射表面一侧采用的光焦度衍射表面的凹槽间距在更加远离光轴时逐渐减小。在第三结构时例中该凹槽间距最小是在100微米的数量级上。这里假定凹槽间距有2微米，4微米和6微米中的一个的工艺误差。这样的工艺误差严重改变了变形光学元件的光焦度。如果这样带有工艺误差的变形光学元件被实际安装在光学扫描装置上，则光束的聚光点会严重地偏移将要扫描的表面，因此加大了光点。

如果这样的光学扫描装置被开发到尤其是彩色光学打印机上，则将使色彩再现能力恶化并且失去灰度。然而，由于光束的聚光点这样的偏移量在整个图像高度上大致相等，如果在光轴方向移动该变形光学元件，则可以吸收该偏移。

因此，通过甚至与图7中所示的用于修正根据第一或者第二实施例的光学扫描装置的变形光学元件的焦距误差的调整机构相似的机构，即使设置到变形光学元件上的光焦度衍射表面有工艺误差，也可以在将要扫描的表面上得到需要的光点。

当然，替代设置这样的机械系统，在一种方案中，当变形光学元件被固定到光学扫描装置上时，该变形光学元件在位置上先进行调整然后用粘合剂固定。这样的有利之处在于不需要任何调整机构，并且防止调整后不必要的部件保留在光学扫描装置中。

这里，作为该方案的前提，即使变形光学元件中存在工艺误差也必须得到需要的衍射效果。然而，即使在凹槽间距中存在2微米，4微米和6微米中的任何一种工艺误差，也可以指望与设计的中间值精确相同的衍射效果。

如上文解释的，根据第三实施例，光路上的一个表面配备圆形阶梯式衍射表面，其相对的表面配备非球面折射表面。还有，所形成的使衍射表面和折射表面的光焦度抵消的联结透镜被设置于多面镜反射前的光路上。以此，可以防止发散光的发生和光点直径变厚，从而实现用一直稳定的激光束直径进行稳定的扫描和曝光。

下面详细解释根据第四实施例的光学扫描装置。第四实施例与第二实施例的不同在于设置一个具有作为线性阶梯式衍射表面的一个表面和作为非球面衍射表面的相对表面的变形光学元件以抵消透镜光焦度并且将衍射方向限制于一个方向上。其它部件与根据第二实施例的光学扫描装置相似。相同的部件被标以相同的参考数字，这里不再作解释。根据第四实施例的光学扫描装置的光学系统的示意结构与第二实施例中解释的图4中的结构相似。

图11A是从其侧面看的根据第四实施例的光学扫描装置的变形光学元件的截面图。图11B是从光轴方向看的根据第四实施例的光学扫描装置的变形光学元件的正视图。第一表面是只在副扫描方向上有光焦度的折射表面4b，第二表面是在主扫描方向上拉长的线形阶梯式衍射表面4a。此时，副扫描方向上的光焦度满足条件(4)和等式(5)至(7)。以此，可以得到有小副扫光点直径变化并且对表面之间的中心偏移有抵抗力的光学元件。

此外，设置到作为第二光学系统的变形光学元件4上的透镜的衍射表面具有与主扫描方向中的位置无关的相同的副扫描截面。以此，即使当该透镜被转换到主扫描方向，光学特性也完全不会变化，由此允许减轻装配误差。此外，在多光束的情况下，很多光束在主扫描方向上离开。即使这些光束在主扫描方向上离开，这些光束的同样的温度修正效应完全相同，因此可以得到相同的光学特性。此外，与衍射表面相对的表面在副扫描方向上具有正光焦度。以此，可以得到线性图像形成功能。由于主扫描方向上没有光焦度，可以使副扫描截面相同，与主扫描方向中的位置无关，由此得到上文解释的效果。

此外，衍射表面4a是阶梯式的。以此，与上文的解释相似，可以采用某种形成方案，不会引起诸如成形器处理中的工艺残余。以此，也可以缩短处理时间。从这样的处理时间的缩短可以得到附属优点，诸如在处理过程中减少产生热量，这对于得到如图9A中所示的高精度的衍射表面2a是更为可取的。

下面详细解释根据第四实施例的光学扫描装置的第四结构实例。第四结构实例中的部件结构示于图4中，图4描绘整个光学系统。第四结构实例与第三结构实例的不同在于设置两个透镜作为扫描透镜6，也即第一扫描透镜6-1和第二扫描透镜6-2。

有关用于第四结构实例的玻璃材料(下文中称“第五玻璃”)和树脂材料(下文中称“第四树脂”)的数据列在表19中。

表19

材料数据

	中间值	波长跳变	温度变化	线膨胀系数
					第五玻璃	1.515141	1.515116	1.515062	7.5×10-6
第四树脂	1.527257	1.527229	1.525368	7.0×10-5

表19中，“中间值”表示在25摄氏度的参考温度下相关于使用波长的折射率，“波长跳变”表示当由于模式跳变发生波长跳变时的折射率，“温度变化”表示当温度从参考温度升高20摄氏度时的折射率。在由于模式跳变的“波长跳变”中，假设0.8纳米的波长变化为允许限度。

表20描述在光学偏转器后面设置的光学系统元件的数据。

表20

光学偏转器后的光学系统数据

	Rm	Rs	X	Y	n
						多面镜(转轴)5	-	-	43.3	2.9	-
扫描透镜6-1	-110.142	-472.788	8	0	第二树脂

	-57.939	-500.	101.1		-
						扫描透镜6-2	-5000.	93.8	3	0	第二树脂
	724.16	-60.71	139.9		-
						将要扫描的表面8	-	-	-	-	-

表20中，R_m表示主扫描方向上的近轴曲率，同时R_s表示副扫描方向上的近轴曲率。D_x和D_y的每一个都表示从一个光学元件的起点到下一个光学元件的起点的相对距离。所有的值都以毫米为单位。

举例来说，对于相关于多面镜5的D_x和D_y，当从光学偏转器(多面镜5)的转轴看时，扫描透镜6-1的入射表面的起点(入射侧表面的光轴位置)在光轴方向(x方向，也即图4中的水平方向)上43.3毫米远处，和在主扫描方向(y方向，也即图4中的垂直方向)上2.9毫米远处。

这里，如图4中所示，由第五玻璃制造的厚度为1.9毫米的防尘玻璃G2被设置于扫描透镜6-1和将要扫描的表面8之间。

扫描透镜6-1和6-2的每一个都是非球面镜，并且所有表面都是在主扫描方向上如由条件(4)给出的非弧形形状的特殊表面，并且具有在主扫描方向上根据条件等式(5)变化的副扫描截面(与光轴和副扫描方向平行的虚拟截面)的曲率。

扫描透镜6-1的入射侧表面(特殊表面)的系数列在表21中。

表21

主扫描方向上的系数		副扫描方向上的系数
				K	0.000000+00	B1	0
A4	-3.87482×10-7	B2	0
				A6	6.88714×10-10	B3	0
A8	-3.02912×10-13	B4	0
				A10	-1.381964×10-16	B5	0
A12	4.973160×10-20	B6	0
					-	B7	0
	-	B8	0

扫描透镜6-1的出射侧表面(特殊表面)的系数列在表22中。

表22

主扫描方向上的系数		副扫描方向上的系数
				K	0.000000+00	B1	6.44465×10-6
A4	1.46716×10-7	B2	-2.76702×10-6
				A6	2.24364×10-10	B3	-1.17939×10-8
A8	-1.24578×10-14	B4	-7.27004×10-9
				A10	5.54989×10-18	B5	3.89316×10-11
A12	-8.15818×10-20	B6	-5.12653×10-12
					-	B7	-3.86625×10-14
	-	B8	1.12285×10-14

扫描透镜6-2的入射侧表面(特殊表面)的系数列在表23中。

表23

主扫描方向上的系数		副扫描方向上的系数
				K	0.000000+00	B1	4.98759×10-7
A4	9.47700×10-8	B2	-9.40784×10-7
				A6	-7.06270×10-12	B3	5.110059×10-11
A8	1.70056×10-16	B4	7.50683×10-11
				A10	-6.11408×10-20	B5	-5.15221×10-15
A12	3.00776×10-24	B6	-4.81012×10-15
					-	B7	-1.46189×10-19
	-	B8	7.21434×10-19
					-	B9	2.22208×10-23
	-	B10	-2.53749×10-23

扫描透镜6-2的出射侧表面(特殊表面)的系数列在表24中。

表24

主扫描方向上的系数

副扫描方向上的系数

K	0.000000+00	B1	0
				A4	-5.56255×10-8	B2	2.09875×10-7
A6	5.42541×10-12	B3	0
				A8	-6.15064×10-16	B4	0
A10	-2.44542×10-20	B5	0
				A12	1.76451×10-24	B6	0
	-	B7	0
					-	B8	0

结构实例4中的光学系统的每个部件配置如下。

这里，多面镜5前面的光学系统的光学元件被适当排列以使在整个光学系统的主副扫描中的图像形成位置在将要扫描的表面8附近。

光源：

作为光源的半导体激光器1具有所设计的655纳米的光发射波长。当温度相对于25摄氏度的常温升高1摄氏度时，光发射波长向长波长侧偏移0.2纳米。关于模式跳变，假设为0.8纳米的波长变化，如前文所述。

联结透镜：

联结透镜2由玻璃材料制成，具有表19中所示的折射率，并且被设置成使之具有15毫米的焦距和转换到大致平行光束的功能。虽然本文没有披露非球面系数，通过非球面，被转换到具有需要的截面形状的光束的波像差已被充分修正。

半导体激光器1和联结透镜2由用诸如铝的具有线膨胀系数为2.3×10^-5的材料制成的保持构件稳固地保持。

孔径：

孔径3有在主扫描方向上5.1毫米的开口直径和在副扫描方向上2.28毫米的开口直径的“长方形开口”。与联结透镜2一起进行光束成形，从而使光束具有需要的截面。

变形光学元件：

变形光学元件4具有在只在副扫描方向有光焦度的圆柱表面上形成的入射侧表面和作为具有椭圆形衍射凹槽的阶梯式衍射表面形成的出射侧表面。

副扫描方向上入射表面的曲率半径为63.4毫米。出射表面是衍射表面，该衍射表面的相位函数φ(y，z)由以下等式表示

(y，z)＝C1·Y2+C2·Z2C1＝-0.0006199，C2＝-0.007537

该衍射表面形成于具有425.4毫米的主扫描曲率半径和35毫米的副扫描曲率半径的环形表面上，并且形成具有椭圆形衍射凹槽的阶梯式衍射表面。

此时，在主扫描和副扫描方向上有P1＝-P2，并且所形成的衍射表面是阶梯式的。也就是说，第二表面的光焦度是无光焦度。

光学偏转器

光学偏转器具有4个反射表面和7毫米的内径。

多面镜5的声音屏蔽玻璃G1由第五玻璃制造，并且具有1.9毫米的厚度和y方向(图中的垂直方向)上16度的倾角α。

还有，从半导体激光器1一侧进入的光束的前进方向和被偏转反射表面反射的光束朝向将要扫描的表面8上的图像高度为0的位置的前进方向之间形成的夹角θ为60.55度。

根据第四结构实例的光束腰部位置在主扫描方向和副扫描方向上的变化如表25所示。

表25

光束腰部位置变化

	波长跳变(mm)	温度变化(mm)
			主扫描方向	0.11	0.04
副扫描方向	0.18	0.16

可以知道，由于衍射表面的作用，光束腰部位置在两个方向上的变化都被减小。

第四结构实例中相关于散焦的主扫描光点直径示于图12A中，同时第四结构实例中相关于散焦的副扫描光点直径示于图12B中。图12A是描绘根据第四实施例的光学扫描装置的散焦和主扫描方向上的光点直径之间的关系的曲线图。图12B是描绘根据第四实施例的光学扫描装置的散焦和副扫描方向上的光点直径之间的关系的曲线图。

如上文解释的，根据第四实施例，包括作为只在副扫描方向上有光焦度的非球面折射表面的第一表面及其作为在主扫描方向上拉长的线性阶梯式衍射表面的相对表面的变形光学元件被设置于多面镜反射前的光路上。还有，只在主扫描方向上进行修正的另一个变形光学元件被设置于fθ透镜后面的光路上。以此，可以防止发散光的产生和光点直径变厚，从而实现用一直稳定的激光束直径进行稳定的扫描和曝光。

下面详细解释根据第五实施例的光学扫面装置。第五实施例与第二实施例的不同在于变形光学元件配备作为非球面折射表面的一个表面及其作为椭圆形阶梯式衍射表面的相对表面。其它部件与根据第二实施例的光学扫描装置相似。相同的部件被标以相同的参考数字，这里不再作解释。根据第五实施例的光学扫描装置的光学系统的示意结构与第二实施例中解释的图4中的结构相似。

图13A，13B和13C是用于解释根据第五实施例的变形光学元件的结构实例的示意图。图13A是从侧面看的截面图。图13B是从上面看的截面图。图13C是从光轴方向看的正视图。如这些图中所示，变形光学元件10具有在衍射表面10a上形成有椭圆形并且阶梯式的衍射凹槽。10b表示非球面折射表面。

由于衍射表面10a上的衍射凹槽形成椭圆形，即使只有一个表面被采用为衍射表面10a也可以得到任意的温度修正效果。还有，由于只有一个表面被采用为衍射表面10a，可以保证光量，并且可以容易地提高速度。此外，由于衍射凹槽形成阶梯式的，可以得到与上文的解释相似的效果。

第五实施例中，通过联结透镜2(第一光学系统)和变形光学元件4(第二光学系统)，从半导体激光器1发出的发散光束变成偏转表面附近主扫描方向上的长线性图像。因此，第一光学系统和第二光学系统在副扫描方向上的组合光焦度比在主扫描方向上的大。由于在衍射表面一侧上的光焦度接近为0，通过在折射表面一侧比主扫描方向更多地提高副扫描方向上的光焦度，可以向衍射透镜提供线性图像形成功能。

如上文解释的，根据第五实施例，通过将只在一个方向上具有光焦度的折射表面设置到变形光学元件的一个表面并且将椭圆形阶梯式衍射表面设置到其相对的表面，可以防止发散光的产生和光点直径变厚，从而实现用一直稳定的激光束直径进行稳定的扫描和曝光。

还有，在上文详细解释的第一到第五实施例中，联结透镜2(第一光学系统)，变形光学元件4(第二光学系统)和扫描透镜6(第三光学系统)都由树脂制造的透镜形成，因此实现了低成本，轻重量，并且易于反复使用。

此外，在上文详细解释的第一到第五实施例中，光源被形成为多光束光源以便发射众多光束，可以实现高速度。尤其是，透镜的衍射表面的表面形状形成允许大致无光焦度的阶梯式结构。以此，提供具有优良的光学特性并且即使在采用多光束时光束穿过的位置相对不同对表面之间的中心偏移影响仍有抵抗力的光学扫描装置。

如上文详细解释的第一到第五实施例中，用于变形光学元件4的树脂制造的透镜的衍射表面具有与主扫描方向中的位置无关的相同的副扫描截面。还有，使与该衍射表面相对的表面在主扫描方向无光焦度，并且还使其成为在副扫描方向有正光焦度的折射表面。以此，在多光束时，很多光束通过以使离开主扫描方向，但是，即使光束离开主扫描方向，仍然可以得到该光束的同样的温度修正效果和同样的光学特性。

作为根据这些实施例的图像形成设备的进行曝光过程的光学扫描装置，提供任何一个第一至第五实施例中解释的光学扫描装置。以此，可以得到一直稳定的光点直径。还有，可以以低成本得到适用于高清晰度打印的紧凑的图像形成设备。

根据本发明的实施例的图像形成设备可以包括一个作为图像载体的光敏构件，并且可以配置为包括支持该光敏构件的光学扫描装置的单色图像形成设备。第一光学元件，第二光学元件和第三光学元件中的至少一个元件可以是树脂制造的透镜，并且光焦度衍射表面可以形成于这些树脂制造的透镜中的至少一个之上。

根据本发明的实施例的光学扫描装置适用于多色图像形成设备，其中设置多个扫描光学系统个多个图像载体(光敏构件)。这里，此时安装的偏转单元(多面镜)的数目可以是一个或多个。

虽然相关于用于对本发明进行完整清楚披露的具体实施例对本发明进行了描述，但附后的权利要求并不因此而受限制，而是可以解释为对于本技术领域中的熟练专业人员可能实现的完全落入本文阐明的基本原理中的各种修改和替代结构的体现。

Claims (21)

1.一种光学扫描装置，其特征在于，包括

第一光学元件，将来自半导体激光器的光束的截面形状转换为期望的形状；

第二光学元件，将从所述第一光学元件输出的光束引导至使所述光束偏转的光偏转元件；以及

第三光学元件，将由所述光偏转元件偏转的光束聚集到待扫描表面以形成光扫描所述表面的光点，其中，

所述第一光学元件，第二光学元件和第三光学元件中的至少一个光学元件包括树脂制成的透镜，所述树脂制成的透镜中的至少一个透镜具有光焦度衍射表面，所述光焦度衍射表面中的至少一个表面的形状被形成以使衍射部分的光焦度和折射部分的光焦度抵偿。

2.如权利要求1所述的光学扫描装置，其特征在于，所述光焦度衍射表面的表面形状具有阶梯式结构并且近似无光焦度。

3.如权利要求1所述的光学扫描装置，其特征在于，所述光焦度衍射表面被形成以使由于所述半导体激光器中的模式跳变和温度改变在主扫描方向和/或副扫描方向上的光束腰部位置的变化近似为零。

4.如权利要求1所述的光学扫描装置，其特征在于，所述光焦度衍射表面被设置到所述第一光学元件，并且具有旋转-对称阶梯式结构。

5.如权利要求4所述的光学扫描装置，其特征在于，与所述第一光学元件的光焦度衍射表面相反的表面是旋转-对称非球面。

6.如权利要求1所述的光学扫描装置，其特征在于，所述光焦度衍射表面被设置到所述第二光学元件，并且具有线性-对称阶梯式结构。

7.如权利要求6所述的光学扫描装置，其特征在于，所述第二光学元件是在主扫描方向上为无光焦度并且在副扫描方向上具有正光焦度的透镜。

8.如权利要求1所述的光学扫描装置，其特征在于，所述第一光学元件、第二光学元件以及第三光学元件都是树脂制成的透镜。

9.如权利要求1所述的光学扫描装置，其特征在于，所述第二光学元件沿光轴方向可调节。

10.一种图像形成装置，其特征在于，包括：

光学扫描元件，在感光图像承载部件上进行光学扫描以形成潜像；

显影单元，将所述潜像可视化为色粉可视图像；以及

图像形成单元，从所述色粉可视图像产生图像，其中

所述光学扫描单元是根据权利要求1所述的光学扫描装置。

11.一种光学扫描装置，其特征在于，包括：

第一光学元件，将来自半导体激光器的光束的截面形状转换为期望的形状；

第二光学元件，将从所述第一光学元件输出的光束引导至偏转所述光束的光学偏转元件；以及

第三光学元件，将由所述光学偏转元件偏转的光束聚集到待扫描表面以形成光扫描所述表面的光点，其中

形成所述第一光学元件和所述第二光学元件的透镜中的至少一个透镜包括树脂制成的透镜，所述树脂制成的透镜中的至少一个透镜满足条件(1)-(4)：

(1)所述树脂制成的透镜只有一个表面具有衍射表面

|P3|≥|P1+P2|                    (2)

|P1|＞|P1+P2|且|P2|＞|P1+P2|     (3)

P1×P3＞0                        (4)

其中，P1是所述树脂制透镜的衍射表面上的衍射部分的主扫描方向和副扫描方向的任何一个方向的光焦度，P2是所述衍射表面上的折射部分在P1定义的方向上的光焦度，以及P3是所述树脂制透镜的除所述衍射表面以外的表面在P1定义的方向上的光焦度。

12.如权利要求11所述的光学扫描装置，其特征在于，所述树脂制成的透镜满足P3＞0。

13.如权利要求11所述的光学扫描装置，其特征在于，形成所述第三光学元件的透镜中的至少一个透镜是在主扫描方向和副扫描方向中的任何一个方向上具有正光焦度的树脂制透镜。

14.如权利要求11所述的光学扫描装置，其特征在于，所述衍射表面的表面形状具有阶梯式结构并且近似为无光焦度。

15.如权利要求11所述的光学扫描装置，其特征在于，衍射表面中的至少一个表面被设置到所述第一光学元件的树脂制透镜，并且被设置到所述第一光学元件的树脂制透镜的所述衍射表面是旋转-对称表面。

16.如权利要求15所述的光学扫描装置，其特征在于，与所述第一光学元件的树脂制透镜的所述衍射表面相反的表面是旋转-对称非球面。

17.如权利要求11所述的光学扫描装置，其特征在于，衍射表面中的至少一个表面被设置到所述第二光学元件的树脂制透镜，并且被设置到所述第二光学元件的树脂制透镜的所述衍射表面不管在主扫描方向上的位置如何都具有相同的副扫描截面形状。

18.如权利要求17所述的光学扫描装置，其特征在于，与所述衍射表面相反的表面是在主扫描方向上为无光焦度并且在副扫描方向上具有正光焦度的折射表面。

19.如权利要求11所述的光学扫描装置，其特征在于，衍射表面中的至少一个表面具有以椭圆形状形成的衍射槽。

20.如权利要求19所述的光学扫描装置，其特征在于，与所述衍射表面相反的表面在副扫描方向上比在主扫描方向上具有更大的光焦度。

21.一种图像形成设备，其特征在于，包括：

至少一个图像承载部件，以及

光学扫描单元，对应于所述图像承载部件通过扫描图像形成光学系统进行光学扫描，其中光学扫描单元中的至少一个单元是根据权利要求11的光学扫描装置。

Images