CN101726853B - 扫描光学设备和使用扫描光学设备的图像形成设备 - Google Patents

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Abstract

一种能够形成令人满意的图像的扫描光学设备，包含：光源单元；具有多个偏转表面的旋转多面镜，所述多个偏转表面用于偏转扫描从光源单元出射的光束；入射光学系统，用于使光束在偏转表面上成像为线像；以及成像光学系统，其具有一个或更多个成像透镜，使穿过旋转多面镜的光束在待扫描表面上成像，并在副扫描截面中使偏转表面和待扫描表面彼此具有共轭关系，其中，所述成像光学系统的成像透镜中的至少一个具有在副扫描截面中形成为非圆弧形状的透镜表面，并且由保持部件保持以便可移动。

Description

扫描光学设备和使用扫描光学设备的图像形成设备
技术领域
本发明涉及扫描光学设备和使用扫描光学设备的图像形成设备。例如，本发明可特别适用于具有电子照相过程的诸如激光束打印机(LBP)、数字复印机或多功能打印机之类的图像形成设备。
背景技术
常规上已提出用于具有电子照相过程的激光束打印机(LBP)的各种类型的扫描光学设备(见日本专利No.2003-241126)。
图8是常规的扫描光学设备的主要部分在主扫描方向上的截面图(主扫描截面图)，图9是图8的主要部分在副扫描方向上的截面图(副扫描截面图)。
图8和图9示出包括具有单个发光部分(发光点)的半导体激光器的光源单元1。
从光源单元1出射的光束(light flux)由孔径光阑3整形，并且借助准直透镜2被变换成平行光束。然后，通过柱形透镜4，平行光束仅在副扫描方向上被会聚。
然后，在作为偏转单元的光学偏转器(旋转多面镜)5的偏转表面5a的附近，通过柱形透镜4仅在副扫描方向上被会聚的平行光束被成像为在主扫描方向上延伸的焦线形状(线形状)。
上述的准直透镜2和柱形透镜4这些元件是入射光学系统LA的组件。
借助构成成像光学系统6的成像透镜6a，由在图中的箭头5b的方向上以恒定角速度转动的旋转多面镜5偏转扫描的平行光束在包括感光鼓的待扫描表面7上被聚集成光斑形状。光斑形状的光束在图中的箭头7b的方向上以恒定速度扫描待扫描表面7。
以与主扫描方向成直角的角度形成构成旋转多面镜5的多个偏转表面5a。但是，由于加工误差等，这些表面会在副扫描方向上具有倾斜，这导致在待扫描表面7上成像的光斑在副扫描方向上位移。
为了校正这种位移，作为成像光学系统6，使用基于变形系统的光学面歪斜误差(tangle error)补偿系统，在该光学面歪斜误差补偿系统中，使偏转表面5a的附近和待扫描表面7在副扫描截面内彼此具有共轭关系。已知一种使用这种光学面歪斜误差补偿系统的扫描光学设备(见日本专利No.2003-241126)。
在光学面歪斜误差补偿系统中，使待扫描表面和与待扫描表面平行的、偏转表面附近的平面在副扫描截面内彼此具有共轭关系。
但是，旋转多面镜的偏转表面不位于转动轴上，因此，偏转表面的位置随着转动扫描一起而在光轴方向上位移。
换句话说，仅在旋转多面镜的预定转动角处才使旋转多面镜的偏转表面与待扫描表面的共轭点共轭(一致)。伴随旋转多面镜的转动，入射光束和偏转表面之间的交点在远离待扫描表面的方向上位移。该交点在扫描中心处离待扫描表面最远，并且，当旋转多面镜进一步转动时在接近待扫描表面的方向上位移。
偏转表面的位置关于主扫描像高表现出二次函数的变化。因此，一般地，该装置被设计为使得在扫描区域的两个点处即在两端建立共轭关系。结果，原理上，在建立共轭关系的区域外部的扫描区域的区域中不能抑制光学面歪斜误差。
另一方面，当重视光学面歪斜误差补偿性能时，可以在整个扫描区域中建立共轭关系。但是，这种设计导致待扫描表面7的副扫描方向上的光束的光斑的成像位置由于像高而大大弯曲，这使得基本性能劣化。
同时，共轭关系由成像光学系统的旁轴性能(物点位置或透镜焦距)唯一确定。另一方面，可基于成像光学系统的球面像差量而在某种程度上控制光斑的最佳成像位置(聚焦位置)。
可将旁轴性能确定为使得偏转表面可在全部像高处与待扫描表面上的部分具有共轭关系，并且，可通过在成像光学系统的副扫描截面的表面形状中使用四次或更高次的非球面系数来执行聚焦位置的控制。
以这种方式，可使得产生的球面像差的量在主扫描中心和主扫描方向的端部之间不同。
这样，可使得全部像高处的偏转表面的位置在待扫描表面7上相互一致。换句话说，在主扫描中心的位置上，形成非球面形状，使得成像光学系统的副扫描方向上的周边部分的曲率半径可大于副扫描方向上的中心部分的曲率半径。
在主扫描方向的端部位置上，成像光学系统的副扫描方向上的周边部分的透镜表面的曲率半径被设为小于副扫描方向上的中心部分的曲率半径，并且，透镜表面被形成为非球面形状。
在未充满(under filled)型的扫描光学系统的情况下，用于通过非球面效果在副扫描方向上改变曲率半径的关系如上面描述的那样。但是，在过充满(over filled)型的扫描光学系统的情况下，主扫描中心和主扫描端部之间的此关系颠倒。
即，在主扫描中心的位置上，成像光学系统的副扫描方向周边部分的表面的曲率半径被设为小于副扫描中心的表面的曲率半径，并且，透镜表面被形成为非球面形状。在主扫描端部的位置上，成像光学系统的副扫描方向周边部分的表面的曲率半径被设为大于副扫描中心的表面的曲率半径，并且，透镜表面被形成为非球面形状。
如上所述的那样确定成像光学系统的表面的非球面形状，使得能够在维持全部像高处的共轭关系的同时进行聚焦。
当通过在副扫描截面上将透镜表面形成为非球面形状来执行上述设计时，发生以下问题。
假设构成成像光学系统的光学组件的制造误差或组装误差导致入射到成像光学系统上的光束的高度在垂直方向上偏移的情况。入射光束穿过在成像光学系统的副扫描截面中远离光轴的位置，因此，光束的上端和下端穿过距光轴不对称的位置。
即，光束的上端和下端被设为关于截面形状的面法线不对称的入射角，导致很多彗形像差。非球面的截面形状导致随着距光轴的距离在副扫描方向上增大，曲率半径变化，从而与使用常规的球面透镜的情况相比导致更大的彗形像差。结果，光斑的旁瓣变大，使得不能实现良好的图像形成。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种扫描光学设备，所述扫描光学设备可有效防止当使偏转表面和待扫描表面在整个扫描范围中彼此具有共轭关系时由入射到成像光学系统上的光束的光线高度的偏移导致的光束的光斑形状破坏，从而执行良好的图像形成。
根据本发明的一个方面，提供一种扫描光学设备，该扫描光学设备包括：光源单元；具有多个偏转表面的旋转多面镜，所述多个偏转表面被配置为偏转扫描从光源单元出射的光束；入射光学系统，其被配置为将从光源单元出射的光束在旋转多面镜的偏转表面上成像为在主扫描方向上伸长的线像；以及成像光学系统，其包括至少一个成像透镜，并被配置为将被旋转多面镜偏转扫描的光束在待扫描表面上成像，并使旋转多面镜的偏转表面与所述待扫描表面在副扫描截面中彼此具有共轭关系，其中：所述成像透镜具有在副扫描截面中形成为非圆弧形状的透镜表面，所述非圆弧形状包含包括四次或更高次的非球面系数的非圆弧形状，并且，所述四次或更高次的非球面系数在成像光学系统的主扫描方向上从该成像光学系统的中心部分到周边部分改变；并且，所述成像透镜能够按照以下中的至少一个移动：副扫描方向上的偏移和围绕成像光学系统的光轴的转动方向。
并且，根据本发明的另一方面，提供一种扫描光学设备，该扫描光学设备包含：光源单元；具有多个偏转表面的旋转多面镜，所述多个偏转表面被配置为偏转从光源单元出射的光束；入射光学系统，其被配置为将从光源单元出射的光束在旋转多面镜的偏转表面上成像为在主扫描方向上伸长的线像；以及成像光学系统，其被配置为将被旋转多面镜偏转扫描的光束在待扫描表面上成像，并使旋转多面镜的偏转表面与所述待扫描表面在副扫描截面中彼此具有共轭关系，其中：所述成像光学系统在旋转多面镜和待扫描表面之间的光路中从旋转多面镜侧依次包括：第一成像透镜、反射镜和第二成像透镜，所述第二成像透镜具有在副扫描截面中形成为非圆弧形状的透镜表面，所述非圆弧形状包含包括四次或更高次的非球面系数的非圆弧形状，并且，所述四次或更高次的非球面系数在成像光学系统的主扫描方向上从该成像光学系统的中心部分到周边部分改变；并且，所述反射镜能够围绕与主扫描方向平行的轴移动。
并且，根据本发明的另一方面，提供一种扫描光学设备，该扫描光学设备包含：光源单元；具有多个偏转表面的旋转多面镜，所述多个偏转表面被配置为偏转从光源单元出射的光束；入射光学系统，其被配置为将从光源单元出射的光束在旋转多面镜的偏转表面上成像为在主扫描方向上伸长的线像；以及成像光学系统，其被配置为将被旋转多面镜偏转扫描的光束在待扫描表面上成像，并使旋转多面镜的偏转表面与所述待扫描表面在副扫描截面中彼此具有共轭关系，其中：所述成像光学系统在旋转多面镜和待扫描表面之间的光路中从多面镜侧依次包括：第一成像透镜、反射镜和第二成像透镜，所述第二成像透镜具有在副扫描截面中形成为非圆弧形状的透镜表面，所述非圆弧形状包含包括四次或更高次的非球面系数的非圆弧形状，并且，所述四次或更高次的非球面系数在成像光学系统的主扫描方向上从该成像光学系统的中心部分到周边部分改变，并且，所述第二成像透镜能够围绕成像光学系统的光轴移动。
在上述的扫描光学设备中，优选地，所述成像透镜具有以主扫描方向为纵向的矩形形状，并且所述扫描光学设备包含检测元件和调整机构，所述检测元件被设置在沿所述成像透镜的纵向方向彼此分开的至少两个或更多个地点的位置上，以检测入射光束的位置，所述调整机构能够基于来自检测元件的输出信号而使所述成像透镜围绕成像光学系统的光轴转动。
作为替代方案，还优选地，所述成像透镜使得入射到所述成像透镜上的主光线在所述成像透镜的纵向方向上的全部区域中与所述成像透镜的子午线一致。
此外，还优选地，上述的反射镜具有以主扫描方向为纵向的矩形形状，并且包含检测元件和调整机构，所述检测元件被设置在沿所述反射镜的纵向方向彼此分开的至少两个或更多个地点的位置上，以检测入射光束的位置，所述调整机构能够基于来自检测元件的输出信号而使所述反射镜围绕平行于主扫描方向的轴转动。
此外，优选地，上述的第二成像透镜具有以主扫描方向为纵向的矩形形状，并且包含检测元件和调整机构，所述检测元件被设置在沿所述第二成像透镜的纵向方向彼此分开的至少两个或更多个地点的位置上，以检测入射光束的位置，所述调整机构能够基于来自检测元件的输出信号而使所述第二成像透镜围绕成像光学系统的光轴转动。
更进一步地，在这种情况下，还优选地，上述的反射镜使得入射到该反射镜上的主光线在所述反射镜的纵向方向上的全部区域中与所述反射镜的子午线一致。
作为替代方案，还优选地，所述第二成像透镜使得入射到所述第二成像透镜上的主光线在所述第二成像透镜的纵向方向上的全部区域中与所述第二成像透镜的子午线一致。
根据本发明的又一个方面，提供一种图像形成设备，该图像形成设备包括：上述的扫描光学设备；设置在待扫描表面上的感光部件；显影装置，其被配置为使利用由扫描光学设备扫描的光束而在感光部件上形成的静电潜像显影为调色剂图像；转印装置，其被配置为将显影的调色剂图像转印到转印材料上；以及定影装置，其被配置为将转印的调色剂图像定影在转印材料上。
作为替代方案，根据本发明的又一方面，图像形成设备可包括：上述的扫描光学设备；以及打印控制器，其被配置为将从外部装置供给的代码数据转换成图像信号，并将该图像信号输入到所述扫描光学设备。
根据本发明，获得这样一种扫描光学设备，所述扫描光学设备可有效防止当使偏转表面和待扫描表面在整个扫描范围中彼此具有共轭关系时由入射到成像光学系统上的光束的光线高度的偏移导致的光束的光斑形状破坏，从而执行良好的图像形成。
通过参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。
附图说明
图1是示出根据本发明的第一实施例的扫描光学设备的主要部分在主扫描方向上的截面图。
图2示出本发明的第一实施例中的由于光学面歪斜误差导致的扫描线弯曲。
图3示出本发明的第一实施例中的副扫描方向上的像场弯曲。
图4示出本发明的第一实施例中的调整机构。
图5示出本发明的第一实施例中的调整机构。
图6示出根据本发明的第一实施例的扫描光学设备中的调整机构。
图7示出根据本发明的第二实施例的扫描光学设备中的调整机构。
图8是常规的扫描光学设备的主要部分在主扫描方向上的截面图。
图9是常规的扫描光学设备的主要部分在副扫描方向上的截面图。
图10A、图10B、图10C、图10D和图10E各自示出弧矢球面表面的光学面歪斜误差补偿系统。
图11A、图11B、图11C、图11D和图11E各自示出弧矢非球面表面的光学面歪斜误差补偿系统。
图12A、图12B、图12C、图12D和图12E各自示出成像透镜的光线高度偏移和光斑之间的关系。
图13示出本发明的彩色图像形成设备。
具体实施方式
第一实施例
图1是示出根据本发明的第一实施例的扫描光学设备的主要部分在主扫描方向上的截面图(主扫描截面图)。
在以下的描述中，主扫描方向(Y方向)是指与偏转单元的转动轴和成像光学系统的光轴(X方向)垂直的方向(光束被偏转单元偏转扫描的方向)。副扫描方向(Z方向)是指与偏转单元的转动轴平行的方向。主扫描截面是指包含成像光学系统的光轴和主扫描方向的平面。副扫描截面是指包含成像光学系统的光轴并与主扫描截面垂直的平面。
在图1中，光源单元1包括由单个或多个发光部分(发光点)构成的半导体激光器。
从光源单元1出射的光束由作为第一光学元件的准直透镜2转换成平行光束。然后，该平行光束由作为第二光学元件的柱形透镜4仅在副扫描方向上会聚。
虽然在本实施例中第一光学元件2将入射光束的状态转换成平行光束，但是本发明不限于此。它可将入射光束转换成具有较弱的发散性的发散光束或会聚光束。
已由柱形透镜4仅在副扫描方向上会聚的光束穿过孔径光阑3，所述孔径光阑3调整该光束的截面形状。然后，在作为偏转单元的光学偏转器(旋转多面镜)5的偏转表面5a的附近，该光束被成像为在主扫描方向上延伸的焦线形状(线形状)。
上述的准直透镜2和柱形透镜4这些元件是作为第一光学系统的入射光学系统LA的组件。
入射光学系统LA的光轴LAX被设置为关于与光学偏转器5的偏转表面5a的偏转轴垂直的平面在副扫描方向上具有预定的入射角(例如，2.5°)。入射光学系统用于将从光源单元1出射的光束引向光学偏转器5的偏转表面5a。
在第一实施例中，扫描光学设备包含未充满型的扫描光学设备，在该未充满型的扫描光学设备中，来自入射光学系统LA的光束在主扫描截面内以比光学偏转器5的偏转表面5a的宽度窄的光束宽度入射到偏转表面5a上。
光学偏转器5在图中的箭头方向5b上以恒定的角速度转动。被光学偏转器5的偏转表面5a偏转的光束进入作为第二光学系统的成像光学系统6，该成像光学系统6包括两个透镜，即第一成像透镜和第二成像透镜(成像光学元件)61和62。成像光学系统6在待扫描表面(感光鼓表面)7上将入射光束聚集成光斑形状。然后，通过在图中的箭头方向7b上以恒定的速度转动光学偏转器5，以光斑形状聚集的光束扫描待扫描表面7。
以下，图像聚焦透镜61被称为“第一成像透镜61”，图像聚焦透镜62被称为“第二成像透镜62”。
设置防尘玻璃8以防止灰尘颗粒或调色剂颗粒进入扫描光学设备。
应当注意，在图1中，关于光学偏转器5，仅示出了其偏转表面5a。
这里，在主扫描截面内，成像光学系统6用于将被光学偏转器5的偏转表面5a偏转扫描的平行光束在待扫描表面7上成像为光斑形状。
此外，在副扫描截面内，成像光学系统6用于使待扫描表面7和通过柱形透镜4在偏转表面5a上成像的成像位置(焦线位置)彼此具有共轭关系，由此提供所谓的光学面歪斜误差补偿系统。
下面的表1和表2示出本实施例中的各个光学元件和成像光学系统6的数值例子。
现在，以各透镜表面与光轴的交点作为原点，以光轴方向作为X轴，以在主扫描截面内与光轴正交的轴作为Y轴，并且以在副扫描截面内与光轴正交的轴作为Z轴。然后，构成成像光学系统6的第一成像透镜61和第二成像透镜62的透镜表面在主扫描截面中的非球面形状可由下式表达。
<式1> x = y 2 / R 1 + ( 1 - ( 1 + k ) ( y / R ) 2 ) 1 / 2 + &Sigma; i = 4 16 B i y i 这里，R是旁轴曲率半径，k是偏心率，B4～B16是非球面系数。
如果系数在Y坐标的正侧(图1中的上侧)和负侧(图1中的下侧)之间不同，那么对正侧的系数附加下标u，而对负侧的系数附加下标l。
第一成像透镜61的两个透镜表面和第二成像透镜62在光学偏转器5侧的表面在副扫描截面中的形状是在副扫描截面中的曲率半径为r的圆弧形状。
第二图像聚焦透镜62在待扫描表面7侧的透镜表面在副扫描截面中的形状是包含四次项的非球面形状(非圆弧形状)，并且它可被表达如下。
<式2> x = z 2 / r &prime; 1 + ( 1 - ( 1 + k z ) ( z / r &prime; ) 2 ) 1 / 2 + &Sigma; j = 0 10 E j y j z 4 + &Sigma; k = 0 10 F k y k z 6 + &Sigma; l = 0 10 G l y l z 8 + &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; 这里，kz是偏心率。
这里，副扫描截面中的曲率半径r′随透镜表面的Y坐标连续变化，并且被如下表达。
<式3> 1 r &prime; = 1 r + &Sigma; j = 2 10 D j y j 这里，r是光轴上的副扫描截面中的曲率半径，D2～D10是副扫描截面中的曲率半径的变化系数。
如果系数在Y坐标的正侧(图1中的上侧)和负侧(图1中的下侧)之间不同，那么对正侧的系数附加下标u，而对负侧的系数附加下标1。
此外，副扫描截面的四次非球面系数Ejyj随透镜表面的Y坐标连续变化，并且形状可由Y的10次函数表示。
这里，在表2中，“E-x”意味着“10-x”。
应当注意，虽然在第一实施例中，六次或更高次的非球面系数Fkyk和Glyl为零次，但是它们可具有有限值。
表1
Figure G2009102051740D00111
表2
如上所述，在光学面歪斜误差补偿系统中，使待扫描表面和与待扫描表面平行的、偏转表面的附近的平面在副扫描截面中彼此具有共轭关系。但是，旋转多面镜的偏转表面不位于转动轴上，因此偏转表面的位置随着转动扫描一起在光轴方向上位移。
结果，在原理上，在建立共轭关系的区域之外的扫描区域的区域中不能抑制光学面歪斜误差。
图10A～10E各自示意性地示出此状态。
图10A～10E各自示出通过成像光学系统6在偏转表面5a和待扫描表面7之间在副扫描截面内建立的共轭关系。图10A和图10C各自示出主扫描方向的扫描端部的偏转表面5a的状态，图10B示出主扫描方向的扫描中心部分的偏转表面5a的状态。
图10D在横轴上示出像面上的主扫描方向上的光斑的位置(像高)，并在纵轴上示出发生光学面歪斜误差时的光斑的高度偏移。
图10E在横轴上示出像面上的主扫描方向上的光斑的位置(像高)，并在纵轴上示出副扫描方向上的聚焦位置。
图10A～10E各自示出偏转表面5a、成像光学系统6和待扫描表面7。
P′和Q′是通过成像光学系统6得到的、偏转表面5a的点P和Q的共轭点。D′、E′、和F′是通过成像光学系统6得到的、在偏转表面5a的附近成像的入射光学系统LA形成的焦线位置D、E和F的成像位置。
即，成像位置表示副扫描截面内的聚焦位置。偏转表面5a的位移依次在图10A～10C中被示出，因此，共轭点横切待扫描表面7，并且，如图10D所示，表面倾斜为0的完全共轭的像高处于主扫描方向的两端。
在这种情况下，重视副扫描方向上的聚焦。从而，入射光学系统LA的焦线被设计为在偏转表面5a的位移中定位，并使得与像面共轭。因此，如图10E所示，副扫描方向上的散焦在任意像高处基本上为0。
可通过重视光学面歪斜误差补偿性能而在整个扫描区域中建立共轭关系。但是，通过这种设计，待扫描表面7上的扫描方向上的光束的光斑成像位置由于像高而大大弯曲，这使基本性能劣化。
图11A～11E各自示意性地示出此状态。在图11A～11E中，与图10A～10E类似的组件由相同的附图标记表示。
在图11A～11C中，假设随着旋转多面镜5的转动扫描移动的偏转表面5a上的点P和Q被设计为总是通过成像光学系统6而在待扫描表面7上成像为点P′和Q′。在这种情况下，入射光学系统LA的焦线D、E和F的成像位置通过成像光学系统6如点D′、E′和F′所指示的那样在待扫描表面7上偏移，这导致焦点波动。
图11D和图11E是各自示出此状态的曲线图。光斑成像性能是基本性能。劣化的基本性能意味着光学性能降低的设计。当该设计的深度宽度足够大时，该设计是可被允许的。
这样确定成像光学系统的透镜表面的非圆弧形状(非球面形状)，使得能够在维持全部的像高处的共轭关系的同时进行聚焦。
但是，当通过在副扫描截面内将透镜表面形成为非圆弧形状来采用上述设计时，与使用常规的球面透镜的情况相比，彗形像差变大，并且，光斑的旁瓣变大，从而使得不能实现良好的图像形成。
图12A～12E各自示出，当在副扫描截面中包含非圆弧透镜表面的成像透镜中具有2.5mm的宽度的入射光束位置在副扫描方向上变化时的光斑形状。在各光斑中，垂直方向表示副扫描方向，横向方向表示主扫描方向。
光斑形状由基于峰值光量的切片截面(slice section)的轮廓线表示。切片水平为37％、13.5％、10％、7％、5％和2％。
分别地，在图12A中，到光轴的光线入射高度的设计值为0mm；在图12B中为0.1mm；在图12C中为0.3mm；在图12D中为0.5mm；在图12E中为0.7mm。
在各个图中，横向方向表示主扫描方向上的像高位置处的光斑形状的变化，并且像高从左端开始为153.5mm、111.7mm、55.9mm、0mm、-55.9mm、-111.7mm和-153.5mm。左端表示入射光学系统的激光光源向偏转表面发射激光束的一侧的像高。图中，当入射光线的高度增大时，如图12A～12E所示，光斑形状的劣化在两端的像高处变得明显。当高度超过0.5mm时，光斑形状表现出急剧的劣化。
在本实施例中，成像光学系统6的至少一个成像透镜62为矩形形状，并且其透镜表面在副扫描截面中被形成为非圆弧形状(非球面形状)。
非圆弧形状由包含四次或更高次的非球面系数的非圆弧形状构成。在成像光学系统的主扫描方向上，所述四次或更高次的非球面系数从成像光学系统的中心部分向周边部分变化。
至少一个成像透镜由保持部件保持，以便能够沿偏移方向(副扫描方向上的高度调整)和围绕光轴的转动方向中的至少一个移动。
图2示出在偏转表面5a由于加工误差而具有沿副扫描方向向上的5′的歪斜误差的情况下的表面倾斜导致的本实施例中的待扫描表面7上的扫描线弯曲。
图3示出本实施例中的副扫描方向上的像场弯曲。
在图3中，“Sslice+”表示在副扫描方向上的光斑直径变为85μm或更小的情况下的正侧散焦位置。类似地，“Sslice-”表示在副扫描方向上的光斑直径变为85μm或更小时的负侧散焦位置。此外，“Scenter”表示“Sslice+”和“Sslice-”之间的中间散焦位置。
在本实施例中，由加工误差导致偏转表面5a的沿副扫描方向向上的5′的歪斜误差时的表面倾斜所导致的扫描线弯曲的量可在整个有效扫描区域(±115mm)中保持为0.3μm或更小。由此实现良好的性能。
此外，副扫描方向上的像场弯曲为P-P(峰-峰)0.7mm，由此，也满足良好的光学性能。
接着，描述图1的实施例中的成像透镜的位置调整方法。
在本实施例中，在沿成像透镜62的纵向方向彼此分开的至少两个或更多个地点的位置上设置用于检测入射光束的位置的检测元件18和19。
基于来自检测元件的输出信号调整成像透镜62的位置。
成像透镜62被调整为：使得在成像透镜62的纵向方向的全部区域中，入射到该成像透镜上的主光线与成像透镜62的子午线一致。
在图1中，被虚线包围的部分9是由保持部件保持以被调整的区域。在本实施例中，第二成像透镜62是可移动的。
图4是第二成像透镜62的示意性框图，该框图示出用于调整第二成像透镜62的姿态的调整机构(调整单元)。
用于调整第二成像透镜62的姿态的调整机构被并入到用于保持光学箱的调整工具(未示出)中，并且包括图4所示的第一保持单元(保持部件)12和13、第二保持单元(保持部件)14和15、以及线传感器(检测元件)18和19。
如图4所示，设计坐标系，使得光轴O的方向是X轴，第二成像透镜62的纵向方向是Y轴，并且与X轴和Y轴正交的轴是Z轴。在图4中，设置在光学箱中以便确定第二成像透镜62的X轴方向位置的X基准表面10和11由例如光学箱的肋条等构成。
第二成像透镜62被保持在这样的状态下：其中，在Y轴方向上彼此分开的两个地点由第一保持部件12和13保持，以在X基准表面10和11上邻接。第一保持部件12和13中的每一个包含能够在Z轴方向上独立地调整第二成像透镜62的机构，并且，第二成像透镜62的姿态在围绕X轴转动或在Z轴方向上偏移(移动)的方向上被调整。
第二成像透镜62的透镜表面被光线16和17扫描。
光线16是用于在与设计值对应的状态下扫描成像透镜62的中心附近的光线(基准扫描光)。
图4的第二成像透镜62的姿态表示与设计值的基准扫描光16对应的基准状态。
第二成像透镜62基于该基准状态被调整。
光线17表示由于光学组件的加工误差或组装误差而以倾斜方式扫描第二成像透镜62的透镜表面的光线(倾斜扫描光)的状态。
例如，当转动轴被组装为倾斜时，光学偏转器被设置在这种状态中。在这种情况下，第一和第二保持部件12和13沿Z轴方向被调整以执行调整，使得第二成像透镜62和倾斜扫描光17的相对位置可处于与设计值对应的状态。
为了便于第一保持部件12和13的调整，调整工具一体化地在第一和第二保持部件12和13中包括各自具有在Z轴方向上排列的多个像素的线传感器(检测元件)18和19。
由第一保持部件12和13保持第二成像透镜62使得能够确定在Z轴方向上排列的线传感器18和19的像素关于第二成像透镜62的相对位置。
将在基准状态的位置中通过第二成像透镜62的中心的基准扫描光16所通过的像素存储作为原点，并且调整第一保持部件12和13使得倾斜扫描光17穿过线传感器17和18的原点，使得能够实现容易、定量和高度精确的调整。
在调整第二成像透镜62之后，第二成像透镜62通过UV粘接等被固定在光学箱的X基准表面10和11上。
调整精度需要小于或等于透镜通过位置中的光束直径的1/5。在本实施例中，线传感器18和19的像素间隔为约7μm，从而提供足够的分辨率。第一保持部件12和13和第二成像透镜62的位置精度小于或等于0.05mm，从而实现目标调整精度。更优选地，可进一步进行调整以获得0.1mm或更小的位置精度，使得能够如图12A～12E所示那样维持进一步抑制光斑劣化的状态。
图5示出第二成像透镜62关于倾斜扫描光17而被调整后状态。
已描述了第二成像透镜62上的倾斜扫描光17的倾斜例子。即使当成像透镜上的扫描光的高度简单地改变时(例如，图6的反射镜M1的图6纸面内倾斜)，也仅需要类似地通过上述调整方法调整第一保持部件12和13，从而使得能够抑制光束的光斑劣化。
调整机构包含用于保持第二成像透镜62的Y轴方向的两端的第二保持部件14和15，并且调整第二成像透镜62的Y轴方向的位置。
第二保持部件14和15构成用于沿Y轴方向调整第二成像透镜62以调整不均匀的放大倍率的机构。不均匀的放大倍率是指用于扫描待扫描表面7的光的图像中心的上游侧和下游侧之间的扫描时间段中的对称性。这种方式的调整可关于图像中心平衡光学性能造成的图像的延伸，从而提供良好的图像质量。
图6示出扫描光学设备的扫描光学系统中的调整地点的配置。
在图6中，姿态调整机构G2dZ 71和姿态调整机构G2Rx 72通过以上参照图4描述的第二成像透镜62的第一保持部件12和13执行姿态调整。Y方向位置调整机构G2dY 73是通过图4的第二保持部件14和15实现的Y方向位置调整机构，并且调整不均匀的放大倍率。扫描线弯曲调整机构G2Ry 74围绕Y轴转动第二成像透镜62，以调整扫描线弯曲。扫描线倾斜调整机构LSURx 75围绕光轴X转动整个光学箱BOX以调整扫描线倾斜。照射位置高度调整机构LSUdZ76在Z方向上偏移整个光学箱BOX以调整照射位置高度。
通过由调整机构71和72执行的调整解决待扫描表面7上的光束的光斑劣化。增大作为扫描光学设备的完成度百分比，并且设置用于调整不均匀的放大倍率、扫描线弯曲、扫描线倾斜和照射位置等的机构，使得能够减少在组装或组件精度方面产生的光学性能的劣化，由此提供良好的图像。
特别地，在彩色扫描光学设备的情况下，扫描线弯曲和倾斜导致颜色偏移，因此这种调整机构是必要的。
如上所述，在本实施例中，当使偏转表面和待扫描表面在整个扫描范围中彼此共轭时入射到成像光学系统上的光束的光线高度的偏移导致的光束的光斑形状的破坏被有效抑制。结果，获得可在感光鼓(待扫描表面7)上形成良好的图像的扫描光学设备系统。
第二实施例
图7示意性地示出与作为扫描光学设备的调整有关的第二实施例的主要部分。
根据本实施例的成像光学系统6在旋转多面镜5和待扫描表面7之间包含从旋转多面镜5侧依次设置的第一成像透镜61、矩形形状的反射镜M1和矩形形状的第二成像透镜62。在成像光学系统6中，使旋转多面镜5的偏转表面5a和待扫描表面7在副扫描截面内彼此具有共轭关系。
第二成像透镜62具有在副扫描截面中形成为非球面形状的表面。
第二成像透镜62和反射镜M1中的至少一个由保持部件保持为可以移动。
通过调整机构，反射镜M1可围绕与主扫描方向平行的轴转动，并且，第二成像透镜62可围绕光轴转动。
在沿可为了调整而移动的部件-即第二成像透镜62和反射镜M1-中的至少一个的纵向方向彼此分开的至少两个或更多个地点的位置中，设置检测元件以用于检测入射光束的位置。
然后，基于来自检测元件的输出信号，调整可移动部件的位置。
换句话说，反射镜M1和第二成像透镜62的位置中的至少一个被调整。在这种情况下，位置被调整，使得入射到成像透镜62上的主光线在成像透镜62的纵向方向的全部区域中与成像透镜62的子午线一致。
第二实施例与第一实施例的不同之处在于，可移动或可转动的反射镜M1被设置在成像透镜61和62之间。
在图7中，作为图6的调整机构71的替代，反射镜M1围绕Y轴转动。用于扫描第二成像透镜62的透镜表面的光在副扫描方向(Z轴方向)上的高度被调整为与第二成像透镜62的中心一致。调整机构72、73、74、75和76与图6的调整机构类似。
已通过光学系统的例子描述了上述的实施例中的每一个，在这些光学系统中，成像透镜的至少一个表面在副扫描截面内具有非球面形状，由此在全部的像高处校正偏转表面的表面倾斜。已描述了用于在成像透镜的透镜表面上扫描的光线的位置偏移导致明显的光斑劣化的情况。
即使当成像透镜的副扫描截面是球面时，通过由图4和图5所示的调整机构使成像透镜的透镜表面上的扫描光与成像透镜的位置对准来抑制光斑劣化的效果也是有效的。
在本发明的调整机构中，副扫描截面不限于非球面形状。即使当副扫描截面是球面时，也可获得类似的效果。
如上所述，根据本发明，光束的光斑形状的破坏可得到有效抑制，否则，当使偏转表面和待扫描表面在整个扫描范围中彼此共轭时入射到成像光学系统上的光束的光线高度偏移会导致所述光束的光斑形状的破坏。结果，可获得能够形成良好的图像的扫描光学设备。
根据本发明，弧矢表面为非球面形状的非圆弧成像透镜被调整为可移动，使得入射到成像透镜上的光束的光线高度和倾斜基本上与成像透镜的子午线形状一致，以由此使得入射光束基本上对称地进入弧矢表面。结果，可以抑制光束的光斑形状的劣化。
当成像透镜的弧矢表面是圆弧形状时，入射光线的高度和倾斜关于成像透镜的偏移导致光束的光斑形状的偏移。但是，执行根据本发明的调整，使得能够抑制光束的光斑直径劣化。
图13是示出根据本发明的实施例的彩色图像形成设备的主要部分的示意图。本实施例的彩色图像形成设备是级联型的，它具有并排布置以同时在用作图像承载部件的感光鼓的表面上记录图像信息的四个扫描光学设备。
图13示出彩色图像形成设备60、如在第一和第二实施例中的任一个中所示那样构造的扫描光学设备11、12、13和14、用作图像承载部件的感光鼓21、22、23和24、显影装置31、32、33和34、以及传输带51。
在图13中，红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的各颜色信号从诸如个人计算机之类的外部装置52被输入到彩色图像形成设备60。颜色信号通过彩色图像形成设备中的打印机控制器53而被转换成青色(C)、品红色(M)、黄色(Y)和黑色(B)的各条图像数据(点数据)。
各条图像数据被输入到扫描光学设备11、12、13和14。根据各条图像数据被调制的光束41、42、43和44从扫描光学设备11、12、13和14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的感光表面。
在本实施例的彩色图像形成设备中，四个扫描光学设备11、12、13和14被并排布置，每一个与青色(C)、品红色(M)、黄色(Y)和黑色(B)中的相应颜色对应。四个扫描光学设备同时在感光鼓21、22、23和24的表面上记录图像信号(图像信息)，并且高速打印彩色图像。
如上所述，本实施例中的彩色图像形成设备使用分别基于图像数据并从这四个扫描光学设备11、12、13和14发射的光束，以分别在感光鼓21、22、23和24上形成四种颜色的潜像，这些感光鼓与这四种颜色相关联。所述潜像然后通过多层转印被逐个转印到记录材料上，以形成一幅全彩色图像。
外部装置52可以为例如包含CCD传感器的彩色图像读取装置。在这种情况下，彩色图像读取装置和彩色图像形成设备60构成彩色数字复印机。
虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释，以包含所有这些变更方式和等同的结构和功能。

Claims (11)

1.一种扫描光学设备，该扫描光学设备包含：
光源单元；
具有多个偏转表面的旋转多面镜，所述多个偏转表面被配置为偏转扫描从光源单元出射的光束；
入射光学系统，其被配置为将从光源单元出射的光束在旋转多面镜的偏转表面上成像为在主扫描方向上伸长的线像；以及
成像光学系统，其包括至少一个成像透镜，所述成像光学系统被配置为将被旋转多面镜偏转扫描的光束在待扫描表面上成像，并使旋转多面镜的偏转表面与所述待扫描表面在副扫描截面中彼此具有共轭关系，其中：
所述成像透镜具有在副扫描截面中形成为非圆弧形状的透镜表面；
所述非圆弧形状包含包括四次或更高次的非球面系数的非圆弧形状，并且，所述四次或更高次的非球面系数在成像光学系统的主扫描方向上从该成像光学系统的中心部分到周边部分改变；以及
所述成像透镜能够按照以下中的至少一个移动：副扫描方向上的偏移和围绕成像光学系统的光轴的转动方向。
2.一种扫描光学设备，该扫描光学设备包含：
光源单元；
具有多个偏转表面的旋转多面镜，所述多个偏转表面被配置为偏转从光源单元出射的光束；
入射光学系统，其被配置为将从光源单元出射的光束在旋转多面镜的偏转表面上成像为在主扫描方向上伸长的线像；以及
成像光学系统，其被配置为将被旋转多面镜偏转扫描的光束在待扫描表面上成像，并使旋转多面镜的偏转表面与所述待扫描表面在副扫描截面中彼此具有共轭关系，其中：
所述成像光学系统在旋转多面镜和待扫描表面之间的光路中从旋转多面镜侧依次包括：第一成像透镜、反射镜和第二成像透镜；
所述第二成像透镜具有在副扫描截面中形成为非圆弧形状的透镜表面；
所述非圆弧形状包含包括四次或更高次的非球面系数的非圆弧形状，并且，所述四次或更高次的非球面系数在成像光学系统的主扫描方向上从该成像光学系统的中心部分到周边部分改变；以及
所述反射镜能够围绕与主扫描方向平行的轴转动。
3.一种扫描光学设备，该扫描光学设备包含：
光源单元；
具有多个偏转表面的旋转多面镜，所述多个偏转表面被配置为偏转从光源单元出射的光束；
入射光学系统，其被配置为将从光源单元出射的光束在旋转多面镜的偏转表面上成像为在主扫描方向上伸长的线像；以及
成像光学系统，其被配置为将被旋转多面镜偏转扫描的光束在待扫描表面上成像，并使旋转多面镜的偏转表面与所述待扫描表面在副扫描截面中彼此具有共轭关系，其中：
所述成像光学系统在旋转多面镜和待扫描表面之间的光路中从多面镜侧依次包括：第一成像透镜、反射镜和第二成像透镜；
所述第二成像透镜具有在副扫描截面中形成为非圆弧形状的透镜表面；
所述非圆弧形状包含包括四次或更高次的非球面系数的非圆弧形状，并且，所述四次或更高次的非球面系数在成像光学系统的主扫描方向上从该成像光学系统的中心部分到周边部分改变；以及
所述第二成像透镜能够围绕成像光学系统的光轴转动。
4.根据权利要求1所述的扫描光学设备，其中，所述成像透镜具有以主扫描方向为纵向的矩形形状，并且所述扫描光学设备包含检测元件和调整机构，所述检测元件被设置在沿所述成像透镜的纵向方向彼此分开的至少两个或更多个地点的位置上，以检测入射光束的位置，所述调整机构能够基于来自检测元件的输出信号而使所述成像透镜围绕所述成像光学系统的光轴转动。
5.根据权利要求4所述的扫描光学设备，其中，所述成像透镜使得入射到所述成像透镜上的主光线在所述成像透镜的纵向方向上的全部区域中与所述成像透镜的子午线一致。
6.根据权利要求2所述的扫描光学设备，其中，所述反射镜具有以主扫描方向为纵向的矩形形状，并且所述扫描光学设备包含检测元件和调整机构，所述检测元件被设置在沿所述反射镜的纵向方向彼此分开的至少两个或更多个地点的位置上，以检测入射光束的位置，所述调整机构能够基于来自检测元件的输出信号而使所述反射镜围绕平行于主扫描方向的轴转动。
7.根据权利要求3所述的扫描光学设备，其中，所述第二成像透镜具有以主扫描方向为纵向的矩形形状，并且所述扫描光学设备包含检测元件和调整机构，所述检测元件被设置在沿所述第二成像透镜的纵向方向彼此分开的至少两个或更多个地点的位置上，以检测入射光束的位置，所述调整机构能够基于来自检测元件的输出信号而使所述第二成像透镜围绕成像光学系统的光轴转动。
8.根据权利要求6所述的扫描光学设备，其中，上述的反射镜使得入射到该反射镜上的主光线在所述反射镜的纵向方向上的全部区域中与所述反射镜的子午线一致。
9.根据权利要求7所述的扫描光学设备，其中，所述第二成像透镜使得入射到所述第二成像透镜上的主光线在所述第二成像透镜的纵向方向上的全部区域中与所述第二成像透镜的子午线一致。
10.一种图像形成设备，该图像形成设备包括：
根据权利要求1-9中任一项所述的扫描光学设备；
设置在待扫描表面上的感光部件；
显影装置，其被配置为使利用由扫描光学设备扫描的光束而在感光部件上形成的静电潜像显影为调色剂图像；
转印装置，其被配置为将显影的调色剂图像转印到转印材料上；以及
定影装置，其被配置为将转印的调色剂图像定影在转印材料上。
11.一种图像形成设备，包括：
根据权利要求1-9中任一项所述的扫描光学设备；以及
打印控制器，其被配置为将从外部装置供给的代码数据转换成图像信号，并将该图像信号输入到所述扫描光学设备。
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