CN101295073B - 光学扫描装置和图像形成装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学扫描装置和图像形成装置。在所述光学扫描装置中，光圈设置在光源单元中的半导体激光器与振动镜之间，并且设置在柱面透镜和振动镜之间。当来自半导体激光器的光束进入振动镜的反射面时，所构造的光学扫描装置通过使光束穿过光圈的开口将光束的束宽限制到适合于反射面的宽度，并且确保光束进入振动镜的反射面的沿主扫描方向的照射位置。本发明的图像形成装置包括有所述光学扫描装置。

Description

光学扫描装置和图像形成装置

                          相关申请的交叉引用

本申请要求对于2007年3月7日在日本申请的No.2007-057659号日本优先权文件的优先权，并且该文件的全部内容通过引用而结合在本文中。

                               技术领域

本发明涉及用于图像形成装置的光学扫描装置。

                               背景技术

为了用光束扫描光电元件，各种光学扫描装置被用于诸如数字式光电复印机，传真机和激光印刷机的图像形成装置。根据常规使用的光学扫描装置，将多角镜或检流计反射镜用作偏转来自光源的光束的偏转器。

然而，为了以较高的分辩率在短时间内形成图像，必须以较高的速度转动该多角镜或检流计反射镜。由于诸如噪音，转动期间发热以及可转动地支撑多角镜或检流计反射镜的轴承的耐久性的干扰，所以以较高的速度转动多角镜或检流计反射镜会受到一定的限制。

由于该原因，作为用于光学扫描装置的偏转器，最近有人提出通过硅微加工产生的偏转器(例如，参见日本专利公报No.2924200，日本专利公报No.3011144，日本专利申请公开公报No.2002-82303)。

如图21所示，该类型的偏转器501具有由振动镜502和扭转梁503形成的整体模制结构，振动镜502的表面形成反射面502a，扭转梁503作为枢轴支撑振动镜502。偏转器501的优点在于可以通过将振动镜502制成小尺寸实现小型化，并且偏转器501在低噪声下运转，以及虽然可进行高速运转但仍可保持低电耗，这是因为振动镜502通过利用振动镜502的共振进行往复运动和振动。

此外，偏转器501的另一个优点在于，因为偏转器501引起低振动并几乎不发热，容纳光学扫描装置的壳体可以用薄壁制成，因此该壳体用包含低混合比例玻璃纤维的低成本树脂模制材料构成，而且图像质量几乎不受影响。

尤其是，日本专利申请公开公报No.2002-82303公开了使用偏转器501代替多角镜的实例。所提出的实例是一种图像形成装置，因为通过利用振动镜作为多角镜的替代实现低噪声和低电耗，因此该图像形成装置适合于办公室环境并且适宜于全球环境。

然而，当驱动振动镜502时，由于振动镜502的惯性矩和回复力，存在如下所述的动态表面变形。

假定图20中所示的振动镜502的尺度纵向为2a，横向为2b，厚度为d，并且硅的密度为ρ。振动镜502的惯性矩I由下述等式1表示。

惯性矩I＝(4abρd/3)×a²                              (1)

如等式1所示，振动镜502的惯性矩I是局部力矩，为离开振动镜502的旋转轴的距离的函数，并且较长的离开旋转轴的距离导致较大的惯性矩。

振动镜502的厚度是较薄的几百微米，因此由于往复振动和施加在振动镜502上的惯性矩而发生转速变化，在振动镜502的扭转梁503附近的一点和远离扭转梁503的端部沿相反的方向施加力，因此如图21所示，振动镜502发生波动和变形。

因此，由振动镜502反射的光束的光通量的波前像差变大，使光束变粗。

图21描绘作为简单平板形成的振动镜502的变形状态。随着光通量的波前像差指标的下降，如图21中的虚线所示，沿与扭转梁503垂直的方向(主扫描方向)产生入射位置的偏差。

在这样的情况下，表观曲率(apparent curvature)不同，使光束的成像位置发生偏离(散焦)。尤其是由于偏转器或光源的装配偏差，如图22A和22B所示，当光束照射至振动镜502的边缘时，成像位置505处的光束变粗或发生散焦。

因此，照射到振动镜502的边缘的光束变成沿主扫描方向的会聚光通量(参见图22A)或发散光通量(参见图22B)，其结果是，光束不能均匀地会聚到成像位置505，因此得不到期望的束斑直径。

由于该原因，通常光束不能在整个扫描表面上会聚，束斑直径不能保持恒定，导致图像恶化的问题。

                               发明内容

本发明的目的是至少部分解决常规技术中存在的问题。

根据本发明的一个方面提供一种光学扫描装置，该光学扫描装置包括发射光束的光源单元；激励光源单元的光源激励单元；具有用于限制从光源单元输出的光束的束宽的开口的光圈单元；包括构造成偏转从光源单元输出的光束并绕扭转梁自由转动的反射面的光偏转单元；和利用由光偏转单元偏转的光束将图像在扫描靶面上形成束斑的光学系统。该光圈单元设置成使入射到光偏转单元的光束的中心基本上匹配反射面的旋转轴。

根据本发明的另一个方面提供一种光学扫描装置，该光学扫描装置包括发射光束的光源单元；包括构造成偏转从光源单元输出的光束并绕扭转梁自由转动的反射面的光偏转单元；和利用由光偏转单元偏转的光束将图像在扫描靶面上形成束斑的光学系统。所述光束的束宽至少沿主扫描方向受到所述反射面的限制。

通过下文参照附图对本发明的优选实施例的详细说明，可以更好地理解本发明的上述及其他目的，特征，优点以及技术和工业意义。

                               附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的图像形成装置的内部正面的示意图；

图2是用于说明图1所示的图像形成装置中的诸如作为光学扫描装置的激光写入单元以及感光元件的相应部分的示意图；

图3是图1所示的图像形成装置中的激光写入单元的分解立体示意图；

图4是用于说明图1所示的图像形成装置中的诸如激光写入单元和感光元件的相应部分的示意图；

图5是图3所示的激光写入单元中的光源装置的分解立体示意图；

图6是图5所示的光源装置中的偏转单元的分解立体示意图；

图7A是图6所示的偏转单元中的振动镜的主视图；

图7B是图6所示的振动镜的反射镜单元的后视图；

图7C是图7B所示的反射镜单元的沿直线VIC-VIC的横截面图；

图8是图7A所示的振动镜的分解立体示意图；

图9A是图5所示的光源装置中的光源单元的分解立体示意图；

图9B是图9A所示的光源单元的从背面看的分解立体示意图；

图10A是用于说明当光源单元的位置在图5所示的光源装置中偏离时穿过光圈前后的光强度分布的示意图；

图10B是用于说明当光源位置发生偏离时穿过光圈前后的根据常规的自动光度控制的光强度分布的示意图；

图11A和11B是用于说明通过改变图4中所示的振动镜的反射面和光圈之间的位置关系限制束宽的功能的示意图；

图12是用于说明偏转单元包括组合透明构件和开口的元件的示意图；

图13是用于说明根据本发明的第二实施例的振动镜的反射面的宽度与光圈限制束宽的功能之间的关系的示意图；

图14A和14B描绘根据第二实施例的反射面的形状；

图15A和15B是用于说明根据第二实施例的入射光束的直径的示意图；

图16是显示根据第二实施例的透明构件的荫蔽性能的曲线图；

图17是用于说明根据第二实施例的透明构件的荫蔽性能的示意图；

图18A和18B是用于说明根据本发明的第三实施例的光量调整的示意图；

图19是用于说明根据本发明的第四实施例的光学扫描装置的示意图；

图20是用于说明常规的振动镜的活动部分的示意图；

图21是用于说明图19中所示的振动镜的活动部分发生波动的状态的示意图；

图22A是用于说明在图21中所示的波动状态下入射到活动部分的凹端的光束的偏转实例的示意图；以及

图22B是用于说明在图21中所示的波动状态下入射到活动部分的凸端的光束的偏转实例的示意图。

                             具体实施方式

下文将参照附图对本发明的示例性实施例进行详细说明。首先，参照图1~12对本发明的第一实施例说明如下。

图像形成装置1在图1所示的作为转印材料的纸张7上形成图像。如图1所示，图像形成装置1至少包括装置本体2，供纸单元3，套准辊对10，转印单元4，定影单元5，作为光学扫描装置的激光写入单元22，处理盒6和传送单元16。

装置本体2例如可以呈箱状并且放置于地板上。装置本体2容纳供纸单元3，套准辊对10，转印单元4，定影单元5，激光写入单元22和处理盒6。

供纸单元3位于装置本体2下部，并且包括多个可以按要求插入装置本体2和从装置本体2移出的供纸盒23和24。供纸盒23和24以叠置方式容纳纸张7，并且供纸盒23和24分别配备供纸辊25和26。每一个供纸辊25和26都压靠每个供纸盒23和24中的纸张7的顶部纸张。供纸辊25和26朝向套准辊对10之间(的辊隙)发送纸张7的顶部纸张。

套准辊对10包括一对辊，并且设置在将要从供纸单元3输送至转印单元4的纸张7的传送路线上。套准辊对10在该一对辊之间保持纸张7，并且根据重叠色粉图像的定时(沿副扫描方向(图1中的垂直方向)开始记录的定时)将纸张7发送到转印单元4和处理盒6之间。

转印单元4设置在供纸单元3上方。转印单元4包括多个辊27和转印带29。每个辊27都可转动地设置于装置本体2中，并且至少一个辊27例如由作为驱动器的电动机驱动并转动。

转印带29呈环状圈并且穿绕于辊27周围。当转印带29穿绕于辊27周围时位于处理盒6的下方并在处理盒6的附近。当至少一个辊27由电动机驱动并转动时，转印带29围绕辊27转动(循环运行)。

当转印带29将从供纸单元3发送的纸张7压至处理盒6的感光鼓8的外表面上时，转印单元4将感光鼓8上的色粉图像转印至纸张7上。转印单元4朝向定影单元5发送其上转印有色粉图像的纸张7。

定影单元5包括其间保持纸张7的一对辊5a和5b。定影单元5通过在一对辊5a和5b之间加压加热从转印单元4发送的纸张7而将色粉图像固定在纸张7上。

激光写入单元22设置在装置本体2的上部即供纸单元3上方。激光写入单元22通过将激光照射到由处理盒6的静电充电器9均匀充电的感光鼓8的外表面上而形成静电潜像。激光写入单元22通过用振动镜进行往复扫描的循环来进行每一条皆在感光鼓8外表面上的双线图像记录(形成静电潜像)。激光写入单元22的详细构造将在下文进行说明。

处理盒6设置在转印单元4和激光写入单元22之间并且可与装置本体2分开。如图2所示，处理盒6包括盒壳体11，作为充电装置的静电充电器9，作为图像载体的感光鼓8，作为清洁装置的清洁盒12以及显影装置13。因此，图像形成装置1至少包括静电充电器9，感光鼓8，清洁盒12和显影装置13。

盒壳体11可与装置本体2分离，并且容纳静电充电器9，感光鼓8，清洁盒12和显影装置13。静电充电器9向整个感光鼓8外表面均匀充电。感光鼓8设置成与显影装置13的显影辊15分离但保持一定的间隔。感光鼓8呈可围绕鼓的轴转动的圆筒或圆柱状。

感光鼓8构造成具有由激光写入单元22在其上形成的静电潜像。当色粉被吸附到感光鼓8的外表面上形成并携带的静电潜像上时，感光鼓8在其上显影出色粉图像并且将这样获得的色粉图像转印至位于转印带29和感光鼓8之间的纸张7上。感光鼓8的外表面构造成待扫描的表面。在色粉图像被转印至纸张7上后，清洁盒12去除留在感光鼓8的外表面上的转印残余色粉。

显影装置13至少包括色粉盒17和作为显影剂载体的显影辊15。显影装置13在色粉盒17中充分搅拌色粉，并且将经搅拌的色粉吸附到显影辊15的外表面上。然后显影装置13通过转动显影辊15使感光鼓8吸附色粉。这样，显影装置13通过用显影辊15携带色粉而将色粉传送至显影区并显影感光鼓8上的静电潜像，然后形成色粉图像。

显影辊15与感光鼓8平行地设置在感光鼓8附近。显影辊15和感光鼓8之间的间隔形成感光鼓8吸附色粉并且通过显影静电潜像得到色粉图像的显影区。

传送单元16包括设置在装置本体2的上表面上的传送盘18和19以及分别为传送盘18和19设置的传送辊对20和21。通过被保持在定影单元5的一对辊5a和5b之间而在其上固定色粉图像的纸张7被提供给每一对传送辊对20和21。传送辊对20和21分别将其上固定色粉图像的纸张7传送到传送盘18和19上。

如下文所述，图像形成装置1在纸张7上形成图像。

首先，通过转动感光鼓8，图像形成装置1用静电充电器9均匀地向感光鼓8的外表面充电。通过将激光照射至感光鼓8的外表面，在感光鼓8的外表面上形成静电潜像。

当静电潜像位于显影区中时，吸附在显影装置13的显影辊15的外表面上的色粉吸附到感光鼓8的外表面上，静电潜像被显影，然后在感光鼓8的外表面上形成色粉图像。

图像形成装置1使由供纸单元3的供纸辊25和26传送的纸张7位于处理盒6的感光鼓8和转印单元4的转印带29之间，并且将感光鼓8的外表面上形成的色粉图像转印至纸张7上。

图像形成装置1用定影单元5将色粉图像固定到纸张7上，并且将纸张7传送至传送单元16的传送盘18和19上。这样，图像形成装置1在纸张7上形成图像。

下文将说明激光写入单元22的细节。扫描感光鼓8的激光写入单元22具有如图2所示的整体结构，同时通过用振动镜85偏转并引导来自半导体激光器51的光束根据纸张7的移动方向K(由图2所示的箭头指示)将静电潜像形成到感光鼓8上。在下文中，平行于感光鼓8的轴线的方向在附图中用箭头X表示并且称为主扫描方向；平行于由振动镜85偏转的光束的光轴的方向用箭头Y表示并且称为光轴线方向；与主扫描方向X和光轴线方向Y垂直的方向用箭头Z表示并且称为副扫描方向。

如图3和4所示，激光写入单元22包括单元本体30，光源装置31和成像光学系统32。如图3所示，单元本体30包括三个形成为带板的平板构件34。平板构件34附接于装置本体2，通过互相紧固平板构件34的边缘而在俯视图中呈方U字形。

如图3，4和5所示，光源装置31包括光学壳体35，光源单元48，作为线性成像透镜的柱面透镜38，偏转单元39和设定孔径的光圈130。

光学壳体35包括机壳40和平板状上盖41，二者都由合成树脂制成。机壳40以一体化方式包括平板状的底板42，竖立设置于底板42的外缘的多个侧板43以及分隔板44。彼此相连的两个侧板43配备配合孔45和发射窗46，配合孔45构造成安装光源单元48并呈圆形。发射窗46呈扁平矩形。

分隔板44将机壳40内部即光学壳体35内部的空间分隔成用于容纳偏转单元39的空间和用于容纳偏转单元39之外的其他单元的空间。

分隔板44配备矩形的透明构件47的窗口。上盖41附接于机壳40以便闭合远离底板42一侧上机壳40的侧板43的边缘处形成的上部开口并且密封光学壳体35。

如图9A和9B所示，光源单元48包括印刷基板50，作为光源单元的半导体激光器51，支架构件53，耦合透镜54和未图示的激励半导体激光器51的光源激励单元。印刷基板50包括例如绝缘基板和在基板外表面上形成的布线图形。

半导体激光器51安装在印刷基板50上。准确地讲，光源单元48包括作为处理盒6的光源的半导体激光器51。半导体激光器51向感光鼓8发射光束59。

支架构件53包括厚平板状的支架本体63，一对支柱64，激光器定位孔65，一对凸出部66和一对附接平面68。支架本体63配备支轴70，支轴70从支架本体63的副扫描方向Z上的两端沿副扫描方向Z向外突出并延伸。

一对支柱64设置在支架本体63的相对于支架本体63的中心彼此相对的边缘上的位置，并且从支架本体63朝向印刷基板50竖立。当将支柱64安装于印刷基板50并将穿过印刷基板50的螺栓拧入支柱64时，支柱64便将支架构件53紧固于印刷基板50上。

激光器定位孔65贯穿支架本体63并且设置在支架本体63中央。当半导体激光器51进入激光器定位孔65内时，激光器定位孔65定位半导体激光器51。

每个附接平面68都呈平板状并且与每一支轴70相连接。附接平面68的表面基本上与支架本体63的外表面齐平。

一对凸出部66从支架本体63形成沿远离印刷基板50的方向即朝向偏转单元39突起的凸出体。该对凸出部66设置成使激光器定位孔65位于凸出部66之间。所形成的凸出部66的外缘与配合孔45的内缘配合。该对凸出部66配合于配合孔45内并且将光源单元48定位至光学壳体35。凹槽67形成于每个凸出部66的内表面上，并且凹槽67的横截面呈U字形，与激光器定位孔65的内表面齐平。

耦合透镜54沿半导体激光器51的光轴线方向Y的位置受到调节，使耦合透镜54的光轴与半导体激光器51的光轴匹配，并且发生作为平行光线的光束59，然后将紫外线固化粘合剂填充在耦合透镜54和一对凸出部66的凹槽的67的各个内表面之间，以使耦合透镜54紧固于凸出部66即支架本体63上。

当凸出部66插入光学壳体35的配合孔45中时，光源单元48的转动方向被定位，然后将光源单元48通过压配合而紧固。将穿过光学壳体35的侧板43的螺栓拧入附接平面68，使光源单元48紧固于光学壳体35。

柱面透镜38容纳于光学壳体35内部。柱面透镜38设置成按要求沿副扫描方向Z偏转。柱面透镜38接收从光源单元48发射的入射光束59，并且将光束59发射到偏转单元39的振动镜85的反射面95。柱面透镜38将沿副扫描方向Z的光束59会聚在振动镜85的反射面95上。

如图6所示，偏转单元39包括电路基板83，支承构件84，振动镜85和安装在电路基板83上的驱动电路(未图示)。下文将作为第一实施例中产生振动镜85的扭矩的方法对电磁驱动系统的实例进行说明。

电路基板83包括绝缘基板和在基板表面上形成的布线图形。构成振动镜85的驱动电路的控制集成电路和晶体振荡器和连接器86等安装在电路基板83上，并且来自电源的电能以及控制信号通过连接器86输入和输出。

支承构件84由合成树脂模制而成。支承构件84定位在电路基板83上的预定位置并且从电路基板83直立。支承构件84配备振动镜85。支承构件84以一体化方式包括定位单元87，保持钩88和边缘连接器单元89。定位单元87定位振动镜85，以使扭转梁97垂直于主扫描方向X，并且使反射面95相对于主扫描方向X倾斜预定角度，例如根据第一实施例为22.5度。保持钩88锁住振动镜85的安装基板90的外缘。边缘连接器单元89包括金属端子，该金属端子设置成当安装振动镜85时与接线端子127相接触，接线端子127形成于振动镜85的安装基板90的侧面上。

如图7A所示，振动镜85按如下方式得到：反射面95由作为枢轴的扭转梁97支撑；通过蚀刻用硅基片制造其轮廓，这一点将在后文进行描述；并且经蚀刻的硅基片附贴到安装基板90上。第一实施例中显示一对硅基片背对背地粘结成一片的模块。

这样就得到振动镜85，然后安装基板90的侧面插入边缘连接器单元89，安装基板90的外缘由保持钩88锁住，安装基板90的两侧表面沿定位单元87放置，然后振动镜85由支承构件84支撑。这样，电连线可以同时完成，振动镜85可以个别地更换。

如图7A，7B，7C和8所示，振动镜85包括安装基板90和反射镜单元91。安装基板90在其上配备机座92和机轭93。机座92是用于安装反射镜单元91的框架，所形成的机轭93包围反射镜单元91。机轭93与一对永久磁铁94附接。该对永久磁铁94中的每块磁铁的南极和北极沿与扭转梁97的纵向垂直的方向彼此相对。该对永久磁铁94产生沿与扭转梁97的纵向垂直的方向的磁场。

反射镜单元91包括活动部96，扭转梁97和框架98。活动部96包括在其表面上形成的反射面95并且具有振荡器的功能。每个扭转梁97的一端连接至活动部96的副扫描方向Z的两端中的每一端，并且扭转梁97设置成从沿副扫描方向Z的两端竖立以形成枢轴。框架98形成支撑单元，其内缘的一部分连接到每个扭转梁97的另一端。反射镜单元91由至少一块通过蚀刻切出的硅基片形成。根据第一实施例，反射镜单元91通过使用称作绝缘体上的硅基板的晶片得到，该晶片用预先粘结的两个基板105和106制成，在两基板之间具有氧化膜，基板105和106的厚度分别为140微米和60微米。

活动部96包括振动板100，补强梁101和可动镜102。平面线圈99(图7B中所示)形成于振动板100上。补强梁101设置成从振动板100沿主扫描方向X的两端直立。可动镜102在振动板100上分层，并且反射面95形成在可动镜102上。扭转梁97可以扭转，并且活动部96即反射面95可通过扭转梁97的扭转而转动。框架98包括分层的一对框架103和104。

为了得到反射镜单元91，首先，厚度为140微米的基板105(第二基板)根据干法工艺通过等离子蚀刻从基板105的表面一侧进行蚀刻并留下扭转梁97，其上形成平面线圈99的振动板100，形成活动部96的骨架的补强梁101和框架103，并且贯穿其余的部分直至氧化膜。然后用例如氢氧化钾通过各向异性刻蚀从基板106的表面一侧对厚度为60微米的基板106(第一基板)进行蚀刻并留下可动镜102和框架104，并且贯穿其余的部分直至氧化膜。最后，去除活动部96周围的氧化膜，从而形成反射镜单元91。

在此假定，扭转梁97的宽度和补强梁101的宽度是40微米~60微米。如上所述，为了获得活动部96即反射面95的大角度扭转，理想的是活动部96的惯性矩I小。另一方面，反射面95因惯性力而变形，因此第一实施例中活动部96的结构设计成骨架形。

反射面95通过在包括可动镜102的表面的基板106的表面上淀积铝薄膜而形成。由铜薄膜制成的平面线圈99，通过扭转梁97布线的端子107和用于调整的补片形成于基板105的表面上。或者，可以构造成将作为薄膜制得的永久磁铁94设置于振动板100的侧面，并且平面线圈99形成于框架104的侧面上。

反射镜单元91安装到机座92上，处于反射面95面向前的状态。反射镜单元91构造成通过在端子107之间通以电流而在其与平面线圈99的扭转梁97平行的每个侧面上产生洛伦兹力，从而扭转扭转梁97并产生转动活动部96即反射面95的扭矩，并且当电流中止时，活动部96因扭转梁97的弹性恢复力恢复到与框架98齐平的位置。这样，通过交替地切换通过平面线圈99的电流的方向，可动镜102可以往复运动和振动。

另外，就时间而言，设置在扫描区域的开始端的同步探测传感器115根据在第二方向扫描期间探测的检测信号与在第一方向扫描期间探测的检测信号之间的时间差探测用于扫描的由振动镜85的反射面95反射的光束59，然后将反射面95的扭转角度控制为恒定值。在从第二方向扫描的光束59的检测开始直到第一方向扫描的光束59的检测的时间周期期间内，构造成禁止作为光发射源的半导体激光器51的光发射。

偏转单元39容纳于光学壳体35内，并且来自柱面透镜38的光束59被引导至反射面95。偏转单元39偏转被引导至反射面95上的光束59，然后将光束59发射至成像光学系统32中的fθ透镜116。当偏转光束59时，光束59的方向用调节螺丝进行调节，使光束进入振动镜85的反射面95的中心区域，然后光束59由反射面95偏转并进入fθ透镜116。偏转单元39容纳于光学壳体35内并且与外界空气阻断，使偏转单元39受到保护免于因外界空气对流造成的振动宽度的变化。

光源装置31将来自光源单元48的半导体激光器51的光束59发射到fθ透镜116。光源装置31由一对彼此平行的平板构件34和螺栓紧固。

如图3和4所示，成像光学系统32包括作为扫描透镜的fθ透镜116和折返镜118。fθ透镜116呈其纵向平行于感光鼓8的纵向的条状，附接到光学壳体35的发射窗46的内侧并且用粘合剂粘结。fθ透镜116沿主扫描方向X的中心部分呈在远离振动镜85的方向突出的凸面形状。fθ透镜116让光束59穿过，并且具有沿副扫描方向Z会聚光束59的作用。

折返镜118呈其纵向平行于感光鼓8的纵向的带板状。折返镜118设置在适当位置，以便将穿过fθ透镜116的光束59引导至感光鼓8的外表面。

根据所述成像光学系统32，光束59从光源装置31的振动镜85的反射面95进入fθ透镜116。来自光源单元48的穿过fθ透镜116的光束59由折返镜118反射，以定点的方式在感光鼓8上形成图像，并且基于图像信息形成静电潜像。

如图4所示，激光写入单元22包括用于以同步方式激励光源单元48的半导体激光器51的同步探测传感器115。同步探测传感器115接收由振动镜85的反射面95偏转，经过作为扫描透镜的fθ透镜116的侧面，然后由成像透镜122会聚的入射光束59。

同步探测传感器115根据在第二方向扫描期间探测的检测信号与第一方向扫描期间探测的检测信号之间的时间差探测光束59，然后反射面95的扭转角度基于检测信号被控制为恒定值。

此外，根据第一实施例，同步探测传感器115检测光量，然后以光量(信号)为基础设置用于光量调节单元的基准值。因此，同步探测传感器115也具有光量检测单元的功能。如果根据常规的自动光度控制调节光量，当由于机械公差使光源单元的位置偏离时，如图10B所示，发射到被扫描表面上的光量变得不足。相反，如图10A所示，当在光束穿过光圈后同步探测传感器115检测光量，以及作为光量调节单元的光源激励单元调节光量时，发射到被扫描表面上的光量可以暂时保持恒定。术语″光源激励单元″意味着包括写入控制单元的功能。

自动光度控制是这样一种方法，根据该方法，光接收元件监控从半导体激光器输出的光，并且基于与半导体激光器的光输出成比例的光接收电流的检测信号将半导体激光器的正向电流控制到期望值。

图11A和11B是用于说明作为光偏转单元的振动镜85和图4所示的作为图像形成装置1中的光学扫描装置的激光写入单元22中的相应单元的示意图。

根据第一实施例，如图4和5所示，光圈130设置在光源单元48的半导体激光器51与振动镜85之间，并且进一步容纳于光学壳体35中并设置在柱面透镜38和振动镜85之间。

光圈130包括呈平板状的本体13和穿过本体131的中心形成的开口132。开口132呈其纵向沿主扫描方向的矩形。

当来自半导体激光器51的光束59进入振动镜85的反射面95时，光圈130通过使光束59穿过光圈130的开口132而将光束59的束宽限制到适合于反射面95的宽度。

这样，光束59的束宽可以由光圈130限制，使光束59沿主扫描方向的照射位置可靠地进入反射面95。

如图11A所示，如果光圈130和振动镜85(严格地讲，是反射镜单元91)之间的距离(箭头)S较长，则照射到反射面95上的光束59的入射位置偏转至一端，因此发射至反射面95上的光束59在沿主扫描方向的照射位置上发生偏转。

然而，如图所示11B，通过使光圈130和振动镜85之间的距离S较短，光束59的入射位置的偏差减少。其结果是，可以减少发射至反射面95上的光束59沿主扫描方向的照射位置的偏差，使光束59可以照射至振动镜85的反射面95的中心。

根据第一实施例，因为光圈130设置在光源单元和振动镜85之间，因此可以调节发射至振动镜85的反射面95上的光束59沿主扫描方向的入射位置并且不对比振动镜85更接近被扫描表面的成像光学系统产生影响。因此，光束59可以沿主扫描方向照射到振动镜85的反射面95的中心。

此外，因为光圈130设置在半导体激光器51和振动镜85之间的振动镜85附近，因此可以容易地调节发射至振动镜85的反射面95上的光束59沿主扫描方向的入射位置，使光束59可以可靠地沿主扫描方向照射到振动镜85的反射面95的中心。

这样，光束59可以可靠地在反射面95的中心偏转。

此外，因为光圈130设置在柱面透镜38和振动镜85之间，光圈130可以放置得更接近振动镜85，因此可以更有效地调节发射至振动镜85的反射面95上的光束59沿主扫描方向的入射位置。

因此，即使发生安装公差或工艺公差内的偏差，光束59也可以可靠地沿主扫描方向照射到振动镜85的反射面95的中心位置。这样，光束59可以可靠地在反射面95的中心偏转。

如果振动镜85的反射面95发生波动和变形，则在反射面95的中心区域中的变形较小，因此可以不加厚振动镜85而避免光束59在成像位置变粗或散焦，诸如因光束59遮蔽导致的闪光的散射光的产生得到抑制，可以产生没有诸如背景发暗的图像质量下降的高质量图像，并且可以通过因振动镜直径的尺寸缩小而减小惯性矩实现高速，广角和高质量的图像处理。

因为图像形成装置1包括激光写入单元22，图像质量未因光束59遮蔽而下降，振动镜85的尺寸可以缩小，因此可以实现高质量和高速度的图像形成以及小尺寸的装置。

图12是光束通过时的主扫描的横截面图。如图12所示，光圈130可以设置于透明构件47的一部分上。根据这样的构造，光圈130和透明构件47可以合并成一个组件，使部件数目可以减少。

下文将参考图13至15对本发明的第二实施例进行说明。

图13是说明根据本发明的第二实施例的图像形成装置中激光写入单元的作为光偏转单元的振动镜85和作为光圈单元的光圈130的示意图。图13中与第一实施例相同的组件标以相同的参考数字并且省略对其的说明。

根据第二实施例，如图13所示，所形成的光圈130的本体131的开口132大于振动镜85的反射面95。

通过这样构造光圈130，所形成的光束59的束宽可以大于振动镜85的宽度，并且光束59可以沿主扫描方向照射到整个反射面95上，使光束59可以可靠地沿主扫描方向引导至反射面95的中心。这样，光束59可以可靠地在光偏转单元的中心偏转。

根据第二实施例，如图14A所示，振动镜85的反射面95构造成在其沿主扫描方向的两端的边缘上没有曲率(沿副扫描方向基本上是直线)。根据第二实施例，因为光束59的束宽比振动镜85的宽度大，因此待切(cut)的光束59的形状根据振动镜85的形状确定。

换句话说，光束59沿主扫描方向的束宽受到反射面95的限制。

这样，光束59偏转后的形状呈矩形，并且在被扫描表面上成像时的波前像差指标的下降减小，因此不降低束斑直径的指标。

当在振动镜85的活动部96沿主扫描方向的两端的边缘上具有曲率的工艺加工方面有利时，如图14B所示，在其沿主扫描方向的两端的边缘上没有曲率的反射面95可以设置于活动部96上。换句话说，所形成的反射面95沿主扫描方向的宽度可以小于光偏转单元(严格地讲是活动部96)沿主扫描方向的宽度。

根据第二实施例，因为待切的束宽根据反射面95上沿主扫描方向的直径确定，因此待切的束宽根据待扫描的图像高度改变，如图15A和15B所示。如图15A所示，假定a是当扫描靠近光源的图像高度(在下文中，称为″正图像高度″)时在反射面95处切的入射光束的束宽，同时如图所示15B，假定当扫描远离光源的图像高度(在下文中，称为″负图像高度″)时在反射面95处切的入射光束的束宽，a大于b。

换句话说，当扫描正图像高度时在被扫描表面上的光量大于扫描负图像高度时的光量，并且光量改变单调减少。

由于该原因，根据第二实施例，透明构件47具备如图16和17所示的荫蔽性能。在图16所示的曲线图中，用于在最高透明率下扫描150毫米的图像高度的光量被呈现为用于所有图像高度的光量的参考标准。

通过将用于正图像高度的光量设置成小于负图像高度的光量从而消除各个图像高度之间被扫描表面上的光量的不规则性，荫蔽性能被设定成能够防止被扫描表面上的光量的不规则性。

换句话说，如图17所示，调整透明构件47的材料，使正图像高度侧(入射侧)的透明率低，并且负图像高度侧(与入射相对的一侧)的透明率高。因此，透明构件47将是沿主扫描方向调节由光偏转单元偏转的光束的光量的光量调节单元。

或者，根据本发明的第三实施例，如图18A和18B所示，通过沿主扫描方向调节每个光点的积分光量，可以抑制光量的不规则性。图18A是用于与入射相对的一侧的图像高度(负图像高度)的光束的强度设置成高于用于入射侧的图像高度(正图像高度)的光束的强度时的曲线图。图像高度与各自的光束强度之间的关系类似于图16所示的荫蔽性能。用于形成光点的光脉冲宽度对于所有图像高度都相等地设置。负责调节每个光点的积分光量的单元是光源激励单元。

图18B是用于形成与入射相对的一侧的图像高度(负图像高度)的光点的光脉冲宽度设置成大于用于形成入射侧的图像高度(正图像高度)的光点的光脉冲宽度时的曲线图。图像高度与各自的光脉冲宽度之间的关系类似于图16所示的荫蔽性能。光束强度对于所有图像高度都相等地设置。

这样，通过根据图像高度调节每光点的积分光量，可以抑制光量的不规则性。

下文将参考图19对本发明的第四实施例进行说明。

根据上述实施例中的图像形成装置1的光学扫描装置，感光鼓8的一个单元的外表面由振动镜85用来自一个单元的光源单元48的光束59扫描。

然而，根据本发明的第四实施例的光学扫描装置可以应用于一种以上颜色的多色图像形成装置或全色图像形成装置，如图19所示。图19是用于说明图2所示的激光写入单元22的修改型的示意图。

图19中与第一实施例相同的组件标以相同的参考数字并且省略对其的说明。

根据图19中所示的实例，来自作为图像形成装置的光学扫描装置的激光写入单元22’的多个光源单元48a和48b的四个光束59，60，61，和62被引导至多个感光鼓8Y，8M，8C和8K。

激光写入单元22’包括光源装置31’和成像光学系统32’。光源装置31’包括光学壳体35，光源单元48a和48b，入射镜37，作为图像形成透镜的柱面透镜38以及偏转单元39。

每一个光源单元48a和48b都包括一对半导体激光器(未图示)，并且这些半导体激光器发射分别对应于感光鼓8Y，8M，8C和8K的光束59，60，61和62。

每两个半导体激光器设置在每一个光源单元48a和48b中，以使光束59，60，61和62形成2.5度的夹角并且在振动镜85的反射面95上互相交叉。

入射镜37容纳于光学壳体35内，接收来自光源单元48a和48b中的各个半导体激光器(未图示)的入射光束59，60，61和62并且发射光束59，60，61和62。

在来自半导体激光器的光束59，60，61和62垂直对齐成直线(沿副扫描方向Z对齐)的状态下，入射镜37发射光束59，60，61和62，同时沿副扫描方向Z在光束之间保持间隔。

成像光学系统32’包括fθ透镜116，多个环面透镜117Y，117M，117C和117K以及折返镜118。fθ透镜116设置成使fθ透镜116的纵向平行于感光鼓8Y，8M，8C和8K的纵向。

环面透镜117Y，117M，117C和117K分别对应于感光鼓8Y，8M，8C和8K设置，并且每一个都呈其纵向平行于感光鼓8Y，8M，8C和8K的纵向的条状。每一个环面透镜117Y，117M，117C和117K仅让一个相应的光束59，60，61和62通过，每一个光束扫描一个相应的感光鼓8Y，8M，8C和8K的外表面。

每个折返镜118都呈其纵向平行于感光鼓8Y，8M，8C和8K的纵向的带板状并且设置在各自适当的位置，以便将穿过fθ透镜116的光束59，60，61和62分别经由环面透镜117Y，117M，117C和117K引导至感光鼓8Y，8M，8C和8K的外表面。

根据如上所述构造的激光写入单元22’，在光束59，60，61和62沿副扫描方向Z对齐并保持光束之间的间隔的状态下，入射镜37发射来自光源装置31’的光源单元48a和48b的光束59，60，61和62。光束59，60，61和62穿过柱面透镜38并且以平行光线发射。光圈130限制光束59，60，61和62各自的束宽，并且引导来自光源单元48a和48b的光束59，60，61和62，使其成为以不同角度沿副扫描方向Z掠过振动镜85的掠入射光。因此，来自光源单元48a和48b的光束59，60，61和62被集中偏转并反射，因此作为扫描透镜的fθ透镜116接收由反射面95偏转并反射的光束59，60，61和62的入射。

穿过fθ透镜116的光束59，60，61和62由环面透镜117Y，117M，117C和117K分成单独的颜色，由对应于感光鼓8Y，8M，8C和8K的各个折返镜118的镜面反射，并且基于图像信息分别在感光鼓8Y，8M，8C和8K上将图像形成光点并产生静电潜像。

根据上述实施例，光学扫描装置包括作为光偏转单元的振动镜85。然而，根据本发明可以使用通常用于常规的光学扫描装置的多角镜，因此根据本发明的光偏转单元不局限于振动镜。

上述实施例仅描述了根据本发明的典型形式，并且本发明不局限于上述实施例。换句话说，在不背离本发明的精神的范围内所述实施例能够以各种修改方式实施。

根据本发明的实施例，可以抑制因安装公差和装配公差内的偏差造成的光束在振动镜上的入射位置的变化。另外，光圈单元可以设置成更接近反射面，并且光束可以更有效地引导至振动镜的中心附近。其结果是，光学扫描装置可以减少起因于由于振动镜的动态表面变形造成的局部光会聚光度的偏差的光束沿主扫描方向的束斑直径以及像面曲率的指标的下降，以使沿主扫描方向的束斑直径在整个被扫描表面上可以保持尺寸均匀。

此外，光束可以照射整个振动镜，以使这样的照射不设置光圈单元仍具有与光束照射至振动镜中心附近相同的效果。

此外，当光学扫描装置构造成使光束照射整个振动镜时，可以降低被偏转光束的波前像差指标的下降，因此可以抑制被扫描表面上束斑直径指标的下降。

此外，同样在工艺加工方面难以消除反射面沿主扫描方向的两端的边缘上的曲率时，可以降低被偏转光束的波前像差指标的下降，因此可以抑制被扫描表面上束斑直径指标的下降。

此外，通过使用作为光圈单元共用的透明构件，可以减少部件数目，使光学扫描装置可以以低成本提供。

此外，可以在被扫描表面上减小图像高度之间光量的不规则性，因此可以形成密度不规则性受到抑制的高质量图像。

此外，因为在偏转和反射之后光量受到检测，并且光量调节单元的基准值基于所检测的光量的信号设置，因此当因公差范围内的偏差引起光源位置发生变化时，被扫描表面可以用可靠的光量曝光，因此可以实现高质量形成的没有密度不规则性和背景发暗的图像。

此外，因为通过调节光束在光反射面上的入射位置在整个被扫描表面使束斑直径和光量保持均匀，因此能够提供能形成优质图像的图像形成装置。

虽然为了能完整和清晰地理解本发明揭示的内容相关于具体实施例对本发明进行了叙述，但是附后的权利要求并不因此受到限制，而是应将其理解为体现本技术领域的熟练人员能够实现并且落入本文阐明的的基本原理范围内的所有的修改和替代构造。

Claims (16)

1.一种光学扫描装置，其特征在于，该光学扫描装置包括：

发射光束的光源单元；

激励光源单元的光源激励单元；

光圈单元，具有用于限制从所述光源单元输出的光束的束宽的开口；

包括构造成偏转从所述光源单元输出的光束的反射面的光偏转单元，所述反射面构造成绕扭转梁自由转动；和

利用由所述光偏转单元偏转的光束将图像在扫描靶面上形成束斑的光学系统，

其中所述光圈单元设置成使入射到所述光偏转单元的光束的中心与所述反射面的旋转轴相交。

2.如权利要求1所述的光学扫描装置，其特征在于，该光学扫描装置还包括通过将从所述光源单元输出的光束仅会聚到一个方向而形成线性图像的线性成像透镜，其中所述光圈单元设置在所述线性成像透镜和光偏转单元之间。

3.如权利要求1所述的光学扫描装置，其特征在于，

所述光圈单元的开口大于所述反射面。

4.如权利要求3所述的光学扫描装置，其特征在于，其中所述反射面的在垂直于所述扭转梁的延伸方向的方向上的两端的边缘在所述扭转梁的延伸方向上是直线形。

5.如权利要求3所述的光学扫描装置，其特征在于，其中所述反射面在垂直于所述扭转梁的延伸方向的方向上的宽度小于所述光偏转单元在垂直于所述扭转梁的延伸方向的方向上的宽度。

6.如权利要求4所述的光学扫描装置，其特征在于，其中所述反射面在垂直于所述扭转梁的延伸方向的方向上的宽度小于所述光偏转单元在垂直于所述扭转梁的延伸方向的方向上的宽度。

7.如权利要求1至6中任何一项所述的光学扫描装置，其特征在于，所述光学扫描装置还包括由所述光偏转单元偏转的光束穿过的透明构件，

其中所述透明构件包括所述光圈单元。

8.如权利要求7所述的光学扫描装置，其特征在于，所述光学扫描装置还包括光量调节单元，所述光量调节单元沿着垂直于所述扭转梁的延伸方向的方向调节由所述光偏转单元偏转的光束的光量。

9.如权利要求8所述的光学扫描装置，其特征在于，其中所述光量调节单元沿垂直于所述扭转梁的延伸方向的方向相对于扫描成像光学系统的至少一个扫描透镜的光轴从所述光束的入射侧到与该入射侧相对的一侧增加透过光的光量。

10.如权利要求8所述的光学扫描装置，其特征在于，其中所述透明构件是所述光量调节单元。

11.如权利要求9所述的光学扫描装置，其特征在于，其中所述透明构件是所述光量调节单元。

12.如权利要求3至6中的任何一项所述的光学扫描装置，其特征在于，其中所述光源激励单元调节用于形成与光束的入射侧相对的一侧的图像高度的光点的脉冲宽度，以使得用于形成与光束的入射侧相对的一侧的图像高度的光点的脉冲宽度大于用于形成入射侧的图像高度的光点的光脉冲宽度。

13.如权利要求3至6中的任何一项所述的光学扫描装置，其特征在于，其中所述光源激励单元调节用于与光束的入射侧相对的一侧的图像高度的光束的光束强度，以使得用于与光束的入射侧相对的一侧的图像高度的光束的光束强度大于用于入射侧的图像高度的光束的光束强度。

14.如权利要求1-6中任何一项所述的光学扫描装置，其特征在于，该光学扫描装置还包括：

检测由所述光偏转单元偏转的光束的光量的光量检测单元；和

光量调节单元，所述光量调节单元沿着垂直于所述扭转梁的延伸方向的方向调节由所述光偏转单元偏转的光束的光量，其中用于所述光量调节单元的基准值基于由所述光量检测单元获得的信号设定。

15.如权利要求9-11中任何一项所述的光学扫描装置，其特征在于，该光学扫描装置还包括：

检测由所述光偏转单元偏转的光束的光量的光量检测单元；和

所述光量调节单元，其中用于所述光量调节单元的基准值基于由所述光量检测单元获得的信号设定。

16.一种图像形成装置，该图像形成装置包括图像载体，充电装置，显影装置和作为光学扫描装置的如权利要求1-15中任何一项所述的光学扫描装置。

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