CN107783281A - 光学扫描设备和包括光学扫描设备的图像形成装置 - Google Patents

光学扫描设备和包括光学扫描设备的图像形成装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了光学扫描设备和包括光学扫描设备的图像形成装置。所述光学扫描设备包括：偏转器，所述偏转器被配置为偏转第一和第二光束以在主扫描方向上扫描第一被扫描表面的有效区域；和第一和第二成像光学系统，所述第一和第二成像光学系统被配置为将由所述偏转器偏转的第一和第二光束分别引导到第一和第二区域，所述第一和第二区域被包括在所述有效区域中并且在所述主扫描方向上彼此不同。在所述主扫描方向上，所述第一区域和第二区域关于光轴在宽度上非对称。

Description

光学扫描设备和包括光学扫描设备的图像形成装置
技术领域
本发明涉及适合于诸如激光束打印机和多功能打印机的图像形成装置的光学扫描设备。
背景技术
用于在图像形成装置中使用的传统上已知的光学扫描设备的示例是通过使用偏转器偏转从光源发射的光束并且通过使用成像光学系统将偏转的光束引导到被扫描表面以在主扫描方向上扫描被扫描表面的光学扫描设备。并且，光学扫描设备的已知的扫描方法的示例是在主扫描方向上将被扫描表面上的打印区域(有效区域)分割成两个区域并且通过使用两个光束单独地扫描被分割区域的扫描方法(级联(cascade)扫描方法)。
日本专利申请公开No.2001-281580讨论了用于通过使用并行放置的两个光学扫描设备以单独的方式扫描共用的被扫描表面上的两个打印区域的图像形成装置。基于该配置，可以使得从偏转器到被扫描表面的光路长度比单个光学扫描设备以相同的扫描视角扫描打印区域的整个区域的配置中的光路长度短。该配置因此有助于图像形成装置的小型化。
然而，在日本专利申请公开No.2001-281580中讨论的图像形成装置中，设置两个光学扫描设备。因此，组件的数量大，并且整个装置没有被充分小型化。并且，利用该配置，如果被扫描表面的位置在光轴方向上偏移，则两个打印区域之间的边界处的两个光束的入射位置(打印位置)在主扫描方向上大大偏移。因此，变得难以形成优异的图像。
发明内容
本发明针对提供即使利用小尺寸和简单的配置也能够形成优异的图像的光学扫描设备，并且还提供包括光学扫描设备的图像形成装置。
根据本发明的一个方面，光学扫描设备包括：偏转器，所述偏转器被配置为偏转第一和第二光束以在主扫描方向上扫描第一被扫描表面的有效区域；和第一和第二成像光学系统，所述第一和第二成像光学系统被配置为将由所述偏转器偏转的第一和第二光束引导到第一和第二区域，所述第一和第二区域被包括在所述有效区域中并且在所述主扫描方向上彼此不同，其中，在所述第一区域中，在所述主扫描方向上，关于所述第一成像光学系统的第一光轴的远离所述第二区域的一侧的、所述第一区域中的第三区域的宽度比关于所述第一光轴的接近所述第二区域的一侧的、所述第一区域中的第四区域的宽度长，并且其中，在所述第二区域中，在所述主扫描方向上，关于所述第二成像光学系统的第二光轴的远离所述第一区域的一侧的、第五区域的宽度比关于所述第二光轴的接近所述第一区域的一侧的、第六区域的宽度长。
从参考附图对示例性实施例的以下描述，本发明的进一步特征将变得清晰。
附图说明
图1是根据本发明的第一示例性实施例的光学扫描设备的主要部分的示意图。
图2A是示出根据第一示例性实施例的光学扫描设备的作用的示图。图2B是示出根据比较示例的光学扫描设备的作用的示图。图2C是示出根据第一示例性实施例的光学扫描设备的作用的示图。
图3是根据本发明的第二示例性实施例的光学扫描设备的主要部分的示意图。
图4A和图4B是示出通过偏转器偏转第一光束的情况的示图。
图5A和图5B是示出通过偏转器偏转第二光束的情况的示图。
图6是根据本发明的第三示例性实施例的光学扫描设备的主要部分的示意图。
图7是根据第三示例性实施例的光学扫描设备的部分放大图。
图8是根据本发明的第四示例性实施例的光学扫描设备的主要部分的示意图。
图9是根据本发明的第五示例性实施例的光学扫描设备的主要部分的示意图。
图10是根据第五示例性实施例的光学扫描设备的部分放大图。
图11是根据本发明的示例性实施例的图像形成装置的主要部分的示意图。
图12是根据传统示例的光学扫描设备的主要部分的示意图。
具体实施方式
以下将参照附图描述本发明的期望的示例性实施例。为了方便，使得附图在尺寸上与实际尺寸不同。并且，在附图中，类似的部件由相同的附图标记标出并且不被重复描述。
在以下的描述中，主扫描方向是与偏转器的旋转轴和光学系统的光轴方向垂直的方向。副扫描方向是与偏转器的旋转轴平行的方向。并且，主扫描截面是与光轴方向和主扫描方向平行的截面(与副扫描方向垂直的截面)。副扫描截面是与光轴方向和副扫描方向平行的截面(与主扫描方向垂直的截面)。即，在每个光学系统中，这些方向和截面可以是不同的。
图1是根据本发明的第一示例性实施例的光学扫描设备100的主要部分的示意图。光学扫描设备100包括偏转第一和第二光束以在主扫描方向上扫描被扫描表面(第一被扫描表面)7的有效区域的共用偏转器5和将由偏转器5偏转的第一和第二光束引导到被扫描表面7的成像光学系统6。
在图1中，基于通过被扫描表面7上的有效区域的主扫描方向上的中心(中心像高)712并且还通过偏转器5的旋转轴51的x轴、与x轴正交并且通过偏转器5上的偏转点(反射点)的y轴、以及与x轴和y轴正交的z轴，定义绝对坐标系xyz。用于定义y轴的偏转点是向打印位置711行进的第一光束的偏转点。在图1中，为了便于解释，单个示图示出第一光束在一个定时入射在被扫描表面7上的像高上的情况以及第二光束在另一定时入射在被扫描表面7上的像高上的情况。
第一和第二光束从关于包括旋转轴51并且与主扫描方向垂直的基准平面9(包括x轴并且与y轴垂直的平面)彼此不同的侧入射在偏转器5上。具体而言，第一光束从y轴方向上的正侧入射在偏转器5上，并且第二光束从y轴方向上的负侧入射在偏转器5上。可以从两个光源中的不同的一个发射或者通过分割从单个共用光源发射的光束获得第一和第二光束中的每一个。
成像光学系统6包括放置在关于基准平面9彼此不同的侧的第一和第二成像光学系统61和62。第一和第二成像光学系统61和62分别将第一和第二光束引导到包括在有效区域中并且在主扫描方向上彼此不同的第一和第二区域71和72。根据本示例性实施例的第一和第二成像光学系统61和62中的每一个包括单个成像元件(第一和第二成像元件)，但是在必要时可以包括多个成像元件。
第一区域71是处于有效区域中并且在关于基准平面9第一光束入射在偏转器5上的一侧的区域，即，从y轴方向上的正侧的最轴外像高710到中心像高712的打印区域。并且，第二区域72是处于有效区域中并且在关于基准平面9第二光束入射在偏转器5上的一侧的区域，即，从中心像高712到y轴方向上的负侧的最轴外像高714的打印区域。
如上所述，根据本示例性实施例的光学扫描设备100采用用于通过使用第一和第二光束扫描共用被扫描表面7上并且在主扫描方向上彼此不同的打印区域的级联扫描方法。上述的光学扫描设备100利用共用的偏转器5扫描第一和第二光束的配置。因此，与在日本专利申请公开No.2001-281580的公开中讨论的配置相比，能够通过减少组件的数量实现整个装置的小型化。
“彼此不同的打印区域”指的是“至少其部分彼此不同的打印区域”。即，如图1所示，第一和第二区域71和72可以不完全分离。例如，考虑每个部件的组装公差，第一和第二区域71和72可以被配置为超过中心像高712彼此部分重叠。
第一区域71关于第一成像光学系统61的第一光轴610被作为两个区域，即，区域71E和71C(分别为第三和第四区域)单独地考虑。区域71E是关于第一光轴610与被扫描表面7的交点711远离第二区域72的一侧的区域(外侧打印区域)，即，远离基准平面9的一侧的区域(从最轴外像高710到交点711)。并且，区域71C是关于交点711接近第二区域72的一侧的区域(内侧打印区域)，即，基准平面9的一侧的区域(从交点711到中心像高712)。如图1所示，在主扫描方向上，区域71E的宽度因此比区域71C的宽度长。
类似地，第二区域72关于第二成像光学系统62的第二光轴620被作为两个区域，即区域72E和72C(分别为第五和第六区域)单独地考虑。区域72E是关于第二光轴620与被扫描表面7的交点713(轴上像高)远离第一区域71的一侧的区域(外侧打印区域)，即，远离基准平面9的一侧的区域(从交点713到最轴外像高714)。并且，区域72C是关于交点713接近第一区域71的一侧的区域(内侧打印区域)，即，基准平面9的一侧的区域(从中心像高712到交点713)。如图1所示，在主扫描方向上，区域72E的宽度因此比区域72C的宽度长。
即，在第一和第二区域71和72的每一个中，当接近另一区域的侧的区域(基准平面9的一侧的区域)的宽度为Yc[mm]、并且远离另一区域的侧的区域(远离基准平面9的区域)的宽度为Ye[mm]时，光学扫描设备100满足以下条件表达式(1)。然而，Yc和Ye的值可以在第一和第二区域71和72之间不同。
Yc<Ye (1)
满足条件表达式(1)，由此光学扫描设备100可以被配置为使得第一和第二光束非对称地扫描关于第一和第二成像光学系统61和62中的每一个的光轴的两侧的打印区域。这可以使得入射在作为第一和第二区域71和72之间的边界的中心像高712上的光束与被扫描表面7的垂线(x轴)之间的角度充分小。因此，如果被扫描表面7的位置在光轴方向上偏移，则能够减少第一和第二光束在第一和第二区域71和72之间的边界处的入射位置的偏移。因此，可以形成优异的图像。
参照图12，描述根据本示例性实施例的光学扫描设备100的效果。与在日本专利申请公开No.2001-281580中讨论的配置类似，图12示出用于通过使用并行放置的两个光学扫描设备以分割的方式扫描共用的扫描表面上的两个打印区域的配置。与根据本示例性实施例的光学扫描设备100不同，图12所示的每个光学扫描设备采用关于成像光学系统的光轴的两侧的打印区域的宽度彼此相等的配置。
如图12所示，如果被扫描表面没有发生位置偏移，即，如果被扫描表面被放置在实线7a的位置，则来自两个光学扫描设备的中心像高的一侧的最轴外光束入射在作为两个打印区域之间的边界的中心像高712上。然而，如果被扫描表面偏移到虚线7b的位置，则来自两个光学扫描设备的最轴外光束入射在从中心像高712偏移的位置。
作为示例，考虑以下情况：被扫描表面是感光鼓的感光表面，并且感光鼓的旋转轴变得在光轴方向上关于中心轴偏心0.05mm。在这种情况下，每次感光鼓旋转一次，被扫描表面与每个光学扫描设备之间的距离波动d＝±0.05mm。例如，如果中心像高的一侧的每个最轴外光束与被扫描表面的垂线之间的角度为ε＝35°，则最轴外光束的入射位置的相对偏移为Δ＝d×tanε×2＝±0.05×tan35°×2＝±0.07mm。
如果被扫描表面由此发生位置偏移，则两个打印区域之间的边界处的光束的入射位置大大偏移，并且难以形成优异的图像。然后，两个打印区域之间的边界处的每个光束的入射位置的偏移与光束的入射角成比例地增加，并且因此在使得扫描视角(偏转视角)变大以缩短光路长度的配置中特别显著。
如上所述，根据本示例性实施例的光学扫描设备100满足条件表达式(1)，并且因此将关于光轴与另一区域相同的一侧(内侧)的对第一和第二区域71和72中的每一个的扫描视角设定为小于另一区域的相对侧(外侧)的扫描视角。即，使得对区域71C的扫描视角比对区域71E的扫描视角小，并且使得对区域72C的扫描视角比对区域72E的扫描视角小。这可以使得光束中的每一个对区域71C和72C的入射角ε小。因此，能够减小入射位置的偏移Δ＝d×tanε×2。
期望当主扫描截面中偏转器5的外接圆的半径为Rd[mm]时，根据本示例性实施例的光学扫描设备100应当满足以下条件表达式(2)。
Yc<Rd<Ye (2)
在如在根据示例性实施例的光学扫描设备100中那样垂直入射在被扫描表面上的光束的主光线与成像光学系统的光轴重合的配置中，如果配置低于条件表达式(2)的下限，则存在出现彗形像差的可能性。在这种情况下，可以使用通过包括多个成像元件的成像光学系统校正彗形像差的方法，但是该方法由于组件的数量增加而不是所期望的。并且，如果配置超过条件表达式(2)，则偏转器5变得太大，并且难以使整个装置小型化。
接下来，详细描述根据本示例性实施例的光学扫描设备100的光学布置。
图2A是示出本示例性实施例中的、偏转器5围绕旋转轴51旋转的状态和入射在偏转器5上的光束L的主光线L1在每个状态下偏转的情况的示图。在图2A中，为了便于描述，假定光束L从平行于基准线Lp的方向入射在偏转器5上的情况，该基准线Lp通过旋转轴51并且垂直于x轴。
在图2A中，光线L0、L+和L-分别表示在偏转器5处于第一状态500(实线)的情况、偏转器5处于第二状态500+(单点链线)的情况以及偏转器5处于第三状态500-(虚线)的情况下偏转的主光线L1。光线L0向有效区域中的轴上像高行进，并且光线L+和L-向有效区域中的最轴外像高行进。由偏转器5偏转之后的光束L的边缘光线L2和L3被省略。
当主光线L1在平行于x轴的方向偏转(在第一状态500下)时主光线L1在偏转器5上的入射位置与旋转轴51(基准线Lp)之间的光轴方向上的距离为Lx[mm]时，图2A中的配置满足以下条件表达式(3)。
-Rd/2≤Lx≤Rd/2 (3)
满足条件表达式(3)，由此主光线L1在偏转器5上的入射位置(偏转点的位置)接近基准线Lp，并且光线L-接近光线L0。因此，光线L0和L-之间的角度ω-充分小于光线L0和L+之间的角度ω+。换句话说，关于成像光学系统6的光轴的x轴的一侧的扫描视角ω-比远离x轴的一侧的扫描视角ω+充分小。因此，期望根据本示例性实施例的光学扫描设备100应当满足条件表达式(3)。
图2B示出比较示例中的、偏转器5旋转的状态和入射在偏转器5上的主光线L1在每个状态下偏转的情况。图2B中的配置与图2A中的配置不同之处在于，图2B中的配置不满足以上条件表达式(1)和(3)。具体而言，图2B中的配置使得扫描视角ω+和ω-彼此相等，即，关于光轴对称地扫描打印区域。因此，图2B中的配置不满足条件表达式(1)，并且不能减少被扫描表面中的位置偏移的影响。
并且，在图2B中的配置中，使得主光线L1向第二状态500+下的偏转器5的偏转表面与第三状态500-下的偏转器5的偏转表面的交点入射。因此，使光束L的边缘光线L2进一步在与第三状态500-下的偏转表面的边缘相比的x轴方向上的正侧入射，使得光束L不被偏转器5的偏转表面遮蔽。在这种情况下，考虑各种公差，Lx的值为约0.55Rd-0.60Rd。因此，图2B中的配置不满足以上条件表达式(3)。
图2C示出代替图2A中的偏转器5的第二状态500+的第四状态500back(两点链线)。如果偏转器5顺时针旋转并按照第一状态500、第三状态500-和第四状态500back的顺序改变，则由偏转器5偏转的主光线L1以光线L0、光线L-和光线Lback的顺序改变。如图2C所示，光线L-和Lback行进的方向彼此大大不同。这是因为，当偏转器5从第三状态500-顺时针旋转时，光束L从边缘光线L2的一侧开始逐渐被偏转表面53遮蔽。然后，当偏转器5进入第四状态500back时，光束L入射在与偏转表面53相邻的偏转表面54上。
成像光学系统不在光线Lback行进的方向上被放置。因此，在第四状态500back中，光线Lback不向扫描表面行进。即，在光线L-入射在被扫描表面上一段时间后，光束L不入射在被扫描表面上。利用这个事实，能够执行用于在不同的定时使用多个光束依次扫描被扫描表面上的不同区域的分时扫描。
例如，考虑使得两个光束从关于x轴的两侧入射在偏转器5中的彼此相对的两个偏转表面上的情况。在这种情况下，偏转器5以图2A中的第二状态500+、第一状态500和第三状态500-的顺序改变，由此光束中的一个可以扫描关于x轴的被扫描表面的一侧。然后，直到偏转器5进一步旋转并且从第四状态500back变为第二状态500+，光束中的所述一个不向被扫描表面行进。因此，另一光束可以扫描关于x轴的被扫描表面的另一侧。
在这种情况下，从单个光源发射的光束可以被分割成多个光束，并且可以通过使用多个光束执行分时扫描。并且，光学扫描设备100可以被配置为使得使用直到偏转器5从第四状态500back变为第二状态500+而被偏转的光束对另一个被扫描表面执行分时扫描。因此，执行分时扫描，由此能够形成在被扫描表面上的打印区域中的每一个中不同的图像。
期望光学扫描设备100应当采用如图1所示的那样第一和第二光束以与y轴成角度(从不垂直于基准平面9的方向)入射在偏转器5上的配置。如果第一和第二光束从平行于y轴的方向(垂直于基准平面9)入射在偏转器5上，则存在轴外光束在执行分时扫描时被偏转表面遮蔽并且不是所有的打印区域都可以被扫描的可能性。
基于以上，根据本示例性实施例的光学扫描设备100通过减小采用级联扫描方法时两个打印区域之间的边界处的光束的入射位置的偏移、即使利用小尺寸和简单的配置也可以形成优异的图像。
图3是根据本发明的第二示例性实施例的光学扫描设备200的主要部分的示意图。在根据本示例性实施例的光学扫描设备200中，不描述与根据第一示例性实施例的光学扫描设备100的组件等同的组件。
根据本示例性实施例的光学扫描设备200是包括分离元件41、偏转器5和成像光学系统6并且用于在主扫描方向上扫描被扫描表面7的有效区域的设备。分离元件41是用于使从共用光源1发射的第一和第二光束彼此分离的光学元件。如图3所示，在从共用光源1发射的光束之间，第一光束入射在分离元件41上，第二光束不通过分离元件41而入射在反射元件8上。分离元件41可以通过改变主扫描截面中(xy截面中)第一光束的移动方向而分离第一和第二光束的光路。
通过分离元件41分离的第一和第二光束从关于包括旋转轴51并且与主扫描方向垂直的基准平面9(包括x轴并且与y轴垂直的平面)彼此不同的侧入射在偏转器5中的彼此不同的偏转表面上。具体而言，第一光束从y轴方向上的正侧入射在偏转器5的第一偏转表面上，并且第二光束从y轴方向上的负侧入射在偏转器5的第三偏转表面上。即，正侧对应于第一光束的一侧，并且负侧对应于第二光束的一侧。
如图3所示，如果第一区域71关于第一成像光学系统61的第一光轴610与被扫描表面7的交点711被分割成两个区域，则最轴外侧区域71E比中心侧区域71C长。类似地，如果第二区域72关于第二成像光学系统62的第二光轴620与被扫描表面7的交点713被分割成两个区域，则最轴外侧区域72E比中心侧区域72C长。
然后，根据本示例性实施例的偏转器5在彼此不同的定时扫描第一和第二区域71和72。具体而言，偏转器5在彼此不同的定时在第一和第三偏转表面上偏转第一和第二光束。因此，对第一和第二区域71和72中的每一个执行分时扫描。基于该配置，能够在不使用多个光源的情况下单独地扫描第一和第二区域71和72中的每一个。因此，能够形成在区域中的每一个中不同的图像。
如上所述，根据本示例性实施例的光学扫描设备200采用用于通过使用第一和第二光束扫描共用被扫描表面7上并且在主扫描方向上彼此不同的打印区域的级联扫描方法。在这种情况下，光学扫描设备200采用共用偏转器5扫描从共用光源1发射的第一和第二光束的配置。因此，与在日本专利申请公开No.2001-281580中讨论的配置相比，能够通过减少组件的数量实现整个装置的小型化。
接下来，给出第一和第二光束被偏转器5偏转的情况的描述。
图4A、图4B、图5A和图5B是主扫描的截面图，每个截面图示出偏转器5围绕旋转轴51旋转的状态和入射在偏转器5上的第一和第二光束的主光线LD1和LD2在每个状态下偏转的情况。在图4A、图4B、图5A和图5B中，基准线Lp表示通过旋转轴51并且垂直于x轴(平行于y轴)的直线。并且，辅助线(additional line)x1-x4中的每一个是平行于图3所示的基准平面9的直线(平行于x轴的直线)。相关的线与x轴和辅助线x1-x4之间的以下角度中的每一个对应于主扫描截面中与基准平面9的角度。
在图4A、图4B、图5A和图5B中，省略第一和第二光束的边缘光线。并且，在图4A、图4B、图5A和图5B中，假定主光线LD1和LD2从平行于与旋转轴51垂直的平面(xy平面)的方向入射在偏转器5上(入射在偏转表面中)的情况。然而，根据需要，光学扫描设备200可以被配置为使得主光线LD1、LD2从与xy平面倾斜的方向入射(倾斜入射)在偏转器5上。在这种情况下，图4A、图4B、图5A和图5B示出主光线LD1和LD2到xy平面上的投影。
在图4A中，当第一偏转表面52的法线L1v与x轴之间的角度为θ1时，由第一偏转表面52偏转的主光线LD1为光线Lθ1，并且通过主光线LD1和光线Lθ1的交点的辅助线x2与光线Lθ1之间的角度是ω1。并且，偏转器5的外接圆501与主光线LD1的交点(主光线LD1在外接圆501上的入射位置)为P1i，并且连接交点P1i与外接圆501的中心(旋转轴51)的直线Lli与x轴之间的角度为ρ1。并且，通过交点P1i的辅助线x1与主光线LD1之间的角度为α1。
当偏转器5的偏转表面的数量为N时，连接旋转轴51与第一偏转表面52的两个端部的两条直线之间的角度被表示为2×ω0＝360°/N。角度2×ω0表示与可以通过使用第一偏转表面52执行扫描的范围对应的旋转角度(第一偏转表面52的扫描视角的半值)。由于在图4A和图4B中N＝4，因此2×ω0＝90°。并且，ω0＝180°/N＝45°。
在图4B中，光线L10、L1+和L1-分别表示在偏转器5处于第一状态500(实线)的情况、偏转器5处于第二状态500+(两点链线)的情况以及偏转器5处于第三状态500-(虚线)的情况下偏转的主光线LD1。光线L10在平行于x轴的方向上行进，并且向图3所示的第一区域71中的打印位置711(第一区域71与第一光轴610的交点)行进。光线L1+和L1-分别向正侧的最轴外像高710和中心像高712行进。并且，光线L1+与L10之间的角度(光线L1+的视角)为ω1max，并且光线L1-与L10之间的角度(光线L1-的视角)为ω1min。
如果偏转器5逆时针旋转并且以第三状态500-、第一状态500和第二状态500+的顺序改变，则由偏转器5偏转的主光线LD1以光线L1-、L10和L1+的顺序改变。即，主光线LD1以中心像高712、打印位置711和正侧的最轴外像高710的顺序扫描被扫描表面7。如果偏转器5顺时针旋转，则以上顺序相反。
在图5A中，当第J偏转表面53的法线LJv与x轴之间的角度为θ2时，由第J偏转表面53偏转的主光线LD2为光线Lθ2，并且通过主光线LD2与光线Lθ2的交点的辅助线x4与光线Lθ2之间的角度为ω2。并且，偏转器5的外接圆501与主光线LD2的交点是主光线LD2的入射位置P2i，并且连接入射位置P2i与外接圆501的中心的直线L2i与x轴之间的角度为ρ2。并且，通过入射位置P2i的辅助线x3与主光线LD2之间的角度为α2。
主光线LD2入射的第J偏转表面53是当第一偏转表面52为第一偏转表面时从第一偏转表面52顺时针计数的第J偏转表面。J是满足2≤J≤N的整数，并且在图5中J＝3。并且，与第一偏转表面52类似，第J偏转表面53的扫描视角的半值为2×ω0＝90°。
在图5B中，光线L20、L2+和L2-表示在偏转器5处于第一状态510(实线)的情况、偏转器5处于第二状态510+(虚线)的情况以及偏转器5处于第三状态510-(两点链线)的情况下偏转的主光线LD2。光线L20在平行于x轴的方向上行进，并且向图3所示的第二区域72中的打印位置713(第二区域72与第二光轴620的交点)行进。光线L2+和L2-分别向中心像高712和负侧的最轴外像高714行进。并且，光线L2+与L20之间的角度(光线L2+的视角)为ω2max，并且光线L2-与L20之间的角度(光线L2-的视角)为ω2min。
如果偏转器5逆时针旋转并且以第三状态510-、第一状态510和第二状态510+的顺序改变，则由偏转器5偏转的主光线LD2以光线L2-、L20和L2+的顺序改变。即，主光线LD2以负侧的最轴外像高714、打印位置713和中心像高712的顺序扫描被扫描表面7。如果偏转器5顺时针旋转，则以上顺序相反。
如图5A所示，在主光线LD2被第J偏转表面53偏转并且作为光线Lθ2入射在扫描表面7上的定时，主光线LD1被第一偏转表面52偏转，并且作为光线Lback在离开被扫描表面7的方向上行进。即，在主光线LD2扫描被扫描表面7的定时，主光线LD1不扫描被扫描表面7。在主光线LD1扫描被扫描表面7的定时，主光线LD2不扫描被扫描表面7。如上所述，偏转器5被配置为使得第一和第二光束在彼此不同的定时扫描被扫描表面7。
给出第一和第二光束在彼此不同的定时扫描被扫描表面7的条件的描述。在以下的描述中，考虑在第一和第二光束(主光线LD1和LD2)被投影到与偏转器5的旋转轴51垂直的平面上时第一和第二光束从关于基准平面9彼此对称的方向入射在偏转器5上的配置。即，考虑主光线LD1和LD2的角度关于基准平面9彼此线对称使得α1＝-α2、ρ1＝-ρ2、ω1max＝-ω2min且ω1min＝-ω2max的情况。并且，偏转器5逆时针旋转，并且向y方向上的正侧扫描被扫描表面7。
(第一条件)
第一条件是由第一偏转表面52偏转的主光线LD1可以扫描从ω1min到ω1max的范围、并且由第J偏转表面53偏转的主光线LD2可以扫描从ω2min到ω2max的范围。从ω1min到ω1max的范围对应于第一区域71，并且从ω2min到ω2max的范围对应于第二区域72。
首先，考虑第一偏转表面52的法线角度θ1与对应于偏转器5的外接圆501上的主光线LD1的入射位置P1i的角度ρ1之间的关系，需要满足以下的条件表达式(4)以满足第一条件：
主光线LD1入射在偏转器5上时的角度α1和主光线LD1被偏转器5偏转之后的角度ω1满足以下关系。
因此，条件表达式(4)可以被变换成以下条件表达式(5)：
条件表达式(5)可以被分割成以下条件表达式(6)和(7)：
α1>(ρ1-ω0)×2-ω1(6)，和
α1<(ρ1+ω0)×2-ω1(7)。
然后，考虑角度ω1满足以下条件表达式(8)，条件表达式(6)和(7)可以被变换成以下条件表达式(9)和(10)：
ω1min<ω1<ω1max (8)，
α1>(ρ1-ω0)×2-ω1min (9)，和
α1<(ρ1+ω0)×2-ω1max (10)。
并且，角度α1需要满足以下条件表达式(11)：
α1>ω1max(11)。
以上条件表达式(9)-(11)表示为了由第一偏转表面52偏转的主光线LD1扫描从ω1min到ω1max的范围(第一区域71)角度ρ1和α1的条件。
并且，在由第一偏转表面52偏转的主光线LD1完成扫描之后并且到由下一个偏转表面偏转的主光线LD1开始扫描时，由第J偏转表面53偏转的主光线LD2需要完成扫描中心像高712。换句话说，当主光线LD1不入射在第一偏转表面52上并且开始入射在与第一偏转表面52相邻的下一个偏转表面上时，即，当θ1＝ρ1+ω0时，需要满足以下条件表达式(12)：
条件表达式(12)表示由第J偏转表面53偏转的主光线LD2进一步在与中心像高度712相比的扫描方向上的正侧扫描，即，完成扫描中心像高度712。然后，考虑第J偏转表面53的法线角度为θ2＝θ1-360°/N×(J-1)，如果将θ1＝ρ1+ω0、α1＝-α2和ω1min＝-ω2max中的每一个代入条件表达式(12)中以如下变换条件表达式(12)，则导出条件表达式(13)。
并且，到由第J偏转表面53偏转的主光线LD2开始扫描负侧的最轴外像高714时，由第一偏转表面52偏转的主光线LD1需要完成扫描正侧的最轴外像高710。换句话说，当主光线LD1开始入射在第一偏转表面52上并且第一偏转表面52开始偏转主光线LD1时，即，当θ1＝ρ1-ω0时，需要满足以下条件表达式(14)：
条件表达式(14)表示由第J偏转表面53偏转的主光线LD2进一步在与最轴外像高714相比的扫描方向上的负侧扫描，即，表示在主光线LD2开始扫描最轴外像高714之前的状态。类似于条件表达式(12)，如果将每个值代入到条件表达式(14)中以如下变换条件表达式(14)，则导出条件表达式(15)。
基于以上，为了满足第一条件，可以满足以上条件表达式(9)、(10)、(11)、(13)和(15)。
(第二条件)
第二条件是当由第一偏转表面52偏转的主光线LD1正在扫描从ω1min到ω1max的范围时、由第J偏转表面53偏转的主光线LD2不扫描从ω2min到ω2max的范围。换句话说，当由第J偏转表面53偏转的主光线LD2正在扫描从ω2min到ω2max的范围时，由第一偏转表面52偏转的主光线LD1不扫描从ω1min到ω1max的范围。这表示实现分时扫描的条件。
首先，在由第一偏转表面52偏转的主光线LD1扫描正侧的最轴外像高710的定时，由第J偏转表面53偏转的主光线LD2需要扫描负侧的最轴外像高714外侧。即，当第一偏转表面52的法线角度为θ1max＝(ω1max+α1)/2时，需要满足以上条件表达式(14)。因此，如果将每个值代入到条件表达式(14)中以如下变换条件表达式(14)，则导出条件表达式(16)。
并且，在由第J偏转表面53偏转的主光线LD2开始扫描负侧的最轴外像高714的定时，由第一偏转表面52偏转的主光线LD1需要扫描正侧的最轴外像高710外侧。如上所述，如果主光线LD1和LD2从关于基准平面9彼此对称的方向入射在偏转器5上，则该条件与条件表达式(16)相同。
因此，为了满足第二条件，可以满足以上条件表达式(16)。
如果由于设计约束光学扫描设备200不能被配置为满足条件表达式(16)，则可以设置用于防止第一光束入射在第二区域72上并且防止第二光束入射在第一区域71上的光阻挡部件。具体而言，可以设置用于阻挡第一光束从第一偏转表面52行进到第二区域72并且用于阻挡第二光束从第J偏转表面53行进到第一区域71的光阻挡部件。因此，即使不满足条件表达式(16)，也能够防止第一和第二光束同时到达被扫描表面7。
光阻挡部件的位置和形状不被特别限制，只要光阻挡部件被配置为阻挡不必要的光束即可。例如，在包括平行于基准平面9的光阻挡表面的光阻挡部件被设置在偏转器5与被扫描表面7之间的情况下，光阻挡部件可以被放置在被扫描表面7附近光阻挡部件与基准平面9重叠的位置处，或者被放置在向中心像高712行进的光束的成像光学系统中的每一个中的出射位置附近。
(第三条件)
第三条件是当由第一偏转表面52偏转的主光线LD1正在扫描从ω1min到ω1max的范围时、主光线LD2不通过从第J偏转表面53被反射沿着光路向后行进。换句话说，当由第J偏转表面53偏转的主光线LD2正在扫描从ω2min到ω2max的范围时，主光线LD1不通过从第一偏转表面52被反射沿着光路向后行进。
在主光线LD1和LD2从平行于xy平面的方向入射在偏转器5上的情况下，如果在每个主光线的入射方向与偏转表面垂直(直立)的定时光源1发光，则主光线沿着光路向后行进并返回到光源1。已知如果由此出现入射在光源1上的光(返回光)，则光源1的发光操作变得不稳定，并且光源1的发光量不稳定。在光源1为半导体激光器的情况下，该问题是显著的。因此，需要在每个主光线和偏转表面彼此直立的定时控制光源1不发光。
作为响应，给出在主光线LD1正在扫描从ω1min到ω1max的范围时主光线LD2和第J偏转表面53彼此不直立的条件的描述。如上所述，由于第一偏转表面52的法线角度为θ1＝(ω1+α1)/2，因此可以将以上条件表达式(8)变换成以下条件表达式(17)：
(ω1min+α1)/2<θ1<(ω1max+α1)/2 (17)。
并且，考虑到θ2＝θ1-360°/N×(J-1)，即，θ1＝θ2+360°/N×(J+1)，并且α2＝-α1，条件表达式(17)可以被分割成以下条件表达式(18)和(19)：
和
θ2<(ω1max+α1)/2-360°/N×(J-1) (19)。
即，如果满足条件表达式(18)和(19)，则主光线LD1扫描从ω1min到ω1max的范围。在这种情况下，主光线LD2和第J偏转表面53彼此不直立的条件是θ2≠α2＝-α1。因此，光学扫描设备200可以被配置为使得α2不满足条件表达式(18)和(19)。即，为了满足第三条件，可以满足以下条件表达式(20)或(21)。
和
如果不满足条件表达式(20)和(21)，则可以采用主光线LD1和LD2在副扫描截面中倾斜地入射在偏转器5上的配置(副扫描倾斜入射系统)。因此，在使光源1在每个主光线和偏转表面彼此直立的定时发光的情况下，也能够减少入射在光源1上的返回光。在这种情况下，如果各偏转表面上的主光线LD1和LD2的入射角度(与xy平面的角度或副扫描入射角度)分别为β1和β2，则还能够通过使得β1和β2的值充分大来防止返回光的出现。
在这种情况下，期望应当使得主光线LD1和LD2中的每一个从关于垂直于旋转轴51的平面的一侧入射在偏转器5上。基于该配置，能够减少通过使光束倾斜地入射在偏转器5上而引起的、被扫描表面7上的副扫描方向上的打印位置(打印高度)的偏移。为了明显减少打印高度的偏移，期望设定主光线LD1和LD2的入射角度使得β1＝β2。
另一方面，如果采用用于使得主光线LD1和LD2从关于垂直于旋转轴51的平面彼此不同的侧入射在偏转器5上的配置，则印刷高度的偏移变得很大。在这种情况下，通过主光线LD1和LD2的打印的定时偏移，由此能够校正打印高度的偏移。
基于以上，根据本示例性实施例的光学扫描设备200在采用级联扫描方法的同时实现整个装置的小型化和简单化。
接下来，详细描述根据以上示例性实施例的光学扫描设备的另外的示例性实施例。
以下描述根据本发明的第三示例性实施例的光学扫描设备110。在根据本示例性实施例的光学扫描设备110中，不描述与根据以上示例性实施例的光学扫描设备的组件等同的组件。
根据本示例性实施例的光学扫描设备110与根据以上示例性实施例的光学扫描设备的不同之处在于，以集成的方式形成包括在第一和第二成像光学系统61和62中的成像元件(成像透镜)。具体而言，第一和第二成像光学系统61和62包括以集成的方式形成的第一和第二成像元件。第一和第二成像元件包括关于基准平面9彼此对称的光学表面。
图6是根据本示例性实施例的光学扫描设备110的主要部分的示意图。图7是通过放大图6的一部分获得的示图。光学扫描设备110包括光源1、耦合透镜(准直透镜)2、光阑3、分离元件(光路分离元件)41、柱面透镜(柱面透镜)42、反射元件(返回镜)8、偏转器5和成像光学系统6。在本示例性实施例中，第一光束向打印位置711行进时偏转器5上的第一光束的偏转点在x轴方向上与旋转轴51分开2.359mm。
在本示例性实施例中，从光源1发射的光束通过耦合透镜2改变光束的会聚度而被转换成平行光束。然后，平行光束被光阑3限制，由此确定光束宽度。在光阑3中，设置两个孔径。因此，从共用光源1发射的光束通过两个孔径，由此能够产生第一和第二光束。在通过光阑3之后，第一光束入射在分离元件41上，第二光束不通过分离元件41而入射在反射元件8上。分离元件41用作用于在主扫描截面中改变第一光束的移动方向的棱镜，并且由此可以分离第一和第二光束的光路。
由分离元件41偏转的第一光束直接入射在偏转器5上，并且从反射元件8反射的第二光束通过柱面透镜42入射在偏转器5上。分离元件41的出射表面和柱面透镜42的入射表面是在副扫描截面中具有折光力(曲率)的柱面。这些柱面在副扫描截面中收集第一和第二光束。因此，在关于基准平面9的偏转器5的两侧的偏转表面附近形成线图像。
如上所述，在本示例性实施例中，采用从自单个光源发射的光束产生第一和第二光束的配置。然后，光源1、耦合透镜2和光阑3共用于第一和第二光束。因此，不需要设置多个光源、多个耦合透镜和多个光阑。因此，能够通过减少组件的数量实现整个装置的小型化。
如果分离元件41可以分离第一和第二光束，则在必要时光学扫描设备110可以被配置为使得第二光束通过分离元件41。在这种情况下，代替柱面透镜42，分离元件41可以在副扫描截面中收集第二光束。可替代地，分离元件41可以包括单路镜，并且可以在分离的第一和第二光束的光路上设置柱面透镜。在这种情况下，由于分离元件41可以产生第一和第二光束，因此可以放置在第一和第二光束的光路中的每一个上设置单个孔径的光阑以代替光阑3。
根据本示例性实施例的偏转器5是包括四个偏转表面的旋转多面镜(多面镜)。偏转器5在通过驱动单元(马达)(未示出)的驱动力以恒定速度旋转的同时偏转第一和第二光束，并且因此在主扫描方向上扫描被扫描表面7的有效区域。作为偏转器5，可以采用包括五个或更多个偏转表面的旋转多面镜。
由偏转器5偏转的第一和第二光束由包括在成像光学系统6中的第一和第二成像光学系统61和62分别引导到被扫描表面7的有效区域中的第一和第二区域71和72。与以上示例性实施例不同，根据本示例性实施例的第一和第二成像光学系统61和62是以集成的方式形成的复合元件(复合透镜)。因此，在本示例性实施例中，第一和第二成像光学系统61和62可以被集成地模制为塑料模制透镜。因此，与上述示例性实施例相比，能够减少用于制造和组装整个装置的组件的数量和工时。
表1-5示出根据本示例性实施例的光学扫描设备110的设计的示例。在每个表中，从光源1到第一区域71的光路中的光学部件对应于第一光学系统，并且从光源1到第二区域72的光路中的光学部件对应于第二光学系统。并且，在表2和表4中，角度α1和α2表示分别入射在偏转器5上的第一和第二光束与x轴之间的角度。在本示例性实施例中，副扫描入射角β1和β2均为0°。
[表1]
共用规格
[表2]
第一光学系统的规格
第一光学系统的布置
[表3]
第一光学系统的非球面
主扫描截面
副扫描截面
[表4]
第二光学系统的规格
第二光学系统的布置
[表5]
第二光学系统的非球面
主扫描截面
副扫描截面
接下来，描述根据本示例性实施例的光学表面(透镜表面)的表面形状。
根据本示例性实施例的包括耦合透镜2、分离元件41、柱面透镜42、第一成像光学系统61和第二成像光学系统62中的每一个的入射表面和出射表面的表面顶点的主扫描截面中的形状(子午线(meridional)形状)由以下表达式表示。在本示例性实施例中，定义局部坐标系XYZ，其中，每个光学表面的表面顶点与光轴的交点为原点，光轴方向上的轴为X轴，主扫描截面中与X轴正交的轴为Y轴，并且与X轴和Y轴正交的轴为Z轴。
R是光轴上的主扫描截面中的曲率半径(子午线曲率半径)，并且k、B2、B4、B6、B8、B10、B12、B14和B16是主扫描截面中的非球面系数。非球面系数B2-B16的数值在关于光轴(X轴)的两侧(Y轴方向上的正侧和负侧)之间可以彼此不同。这可以使得子午线形状在主扫描方向上关于光轴非对称。如表3和表5所示，根据本示例性实施例的第一和第二成像光学系统61和62的光学表面的主扫描截面中的形状是包括直到12阶的项的非球面形状。
在表3中的系数中，索引“u”表示Y轴方向上的正侧(光源1的一侧)，并且索引“l”表示Y轴方向上的负侧(远离光源1的一侧)。没有索引“u”或“l”的系数是两侧共用的系数。
并且，根据本示例性实施例的第一和第二成像光学系统61和62的入射表面和出射表面中的每一个的副扫描截面中的、主扫描方向上的每个位置处的形状(弧矢(sagittal)形状)由以下表达式表示。弧矢形状也可以说成是与包括子午线上的表面法线的主扫描截面垂直的截面中的、主扫描方向上的每个位置(每个像高)处的表面形状。
在以上表达式中，mi_j是副扫描截面中的非球面系数。并且，r'表示在主扫描方向上与光轴相距Y的位置处的副扫描截面中的曲率半径(弧矢曲率半径)，并且由以下表达式表示。
在以上表达式中，r是光轴上的弧矢曲率半径，并且E2、E4、E6、E8、E10、E12、E14和E16是弧矢变化系数。弧矢变化系数E2-E16的数值在Y轴方向上的正侧和负侧之间彼此不同，由此能够在主扫描方向上非对称地设定弧矢形状的非球面量。以上表达式仅包括偶数项，但是在必要时可以另外包括奇数项。
并且，弧矢形状S的表达式中的Z的1阶项是贡献副扫描截面中的透镜表面的倾斜量(弧矢倾斜量)的项。因此，Y轴方向上的正侧的非球面系数m0_1u-m16_1u和Y轴方向上的负侧的非球面系数m0_1l-m16_1l被设定为彼此不同的数值，由此能够在主扫描方向上非对称地改变弧矢倾斜量。
根据本示例性实施例的第一和第二成像光学系统61和62被配置为使得在主扫描截面中，由偏转器5偏转的光束以非恒定速度扫描被扫描表面7，即，不满足fθ特性(恒定速度特性)。为了对每个成像光学系统提供fθ特性，需要使得光学表面的主扫描截面中的形状在轴上像高和轴外像高之间大大不同。如果使成像光学系统太接近偏转器5，则光学表面的主扫描截面中的形状急剧改变，并且彗形像差增加。因此，为了实现每个成像光学系统的光学性能和fθ特性两者，需要将成像光学系统放置为稍微离开偏转器5。
响应于此，在本示例性实施例中，第一和第二成像光学系统61和62具有光束在被扫描表面7上不满足恒定速度性质的扫描特性。因此，能够在保持成像光学系统的光学性能的同时将每个成像光学系统放置为较接近偏转器5，并且实现成像光学系统的较小直径和整个装置的进一步的小型化。并且，基于该配置，还能够获得可以增加每个成像光学系统的设计自由度的效果。
当偏转器5的扫描角度(偏转角度)为θ、以扫描角度θ偏转的光束的被扫描表面7上的主扫描方向上的光收集位置(像高)为Y[mm]并且轴上像高处的成像系数为K[mm]时，根据本示例性实施例的每个成像光学系统的扫描特性由以下表达式(22)表示。
Y＝K×θ+P×θ3 (22)
光收集位置Y不表示绝对坐标系xyz中的位置，而是表示局部坐标系XYZ中的位置。即，第一光束的光收集位置Y表示从第一成像光学系统61的光轴610与被扫描表面7的交点711的距离。第二光束的光收集位置Y表示从第二成像光学系统62的光轴620与被扫描表面7的交点713的距离。
并且，成像系数K是对应于作为平行光束入射在每个成像光学系统上的情况下的扫描特性的fθ特性Y＝fθ中的f的系数(Kθ系数)，并且是用于将fθ特性扩展到除了平行光束以外的光束的系数。即，成像系数K是用于获得包括平行光束的具有各种会聚度的光束入射在每个成像光学系统上的情况下、光收集位置Y与扫描角度θ之间的比例关系的系数。在本示例性实施例中，平行光束入射在每个成像光学系统上。因此，成像系数K等于每个成像光学系统的光轴上的焦距。
在表达式(22)中，P是用于确定根据本示例性实施例的第一和第二成像光学系统61和62中的每一个的扫描特性的系数(扫描特性系数)。如表1所示，在本示例性实施例中，P＝9。例如，当P＝0时，表达式(22)被表示为Y＝Kθ并且对应于fθ特性。然而，当P≠0时，表达式(22)对应于在光收集位置Y与扫描角度θ之间不存在比例关系的扫描特性。
如果表达式(22)被扫描角度θ微分，则如以下表达式(23)所示，获得对于被扫描表面7上的光束的扫描角度θ的扫描速度。
dY/dθ＝K+3P×θ2 (23)
并且，如果将表达式(23)除以轴上像高处的速度dY(0)/dθ＝K，则获得以下表达式(24)。
(dY/dθ)/K＝1+3P×θ2/K (24)
表达式(24)表示从轴上像高的每个轴外像高处的恒定速度性质的偏移量，即，轴外像高处的部分倍率相对于轴上像高处的部分倍率的偏移量(部分倍率偏移)。根据本示例性实施例的光学扫描设备110具有部分倍率。因此，如果P≠0，则光束的扫描速度在轴上像高与轴外像高之间不同。即，轴外像高处的扫描位置(每单位时间的扫描距离)根据部分倍率偏移而延长。因此，如果被扫描表面7被光学扫描而不考虑该部分倍率偏移，则这引起要在被扫描表面7上形成的图像的劣化(打印性能的劣化)。
作为响应，在本示例性实施例中，如果P≠0，则控制单元(未示出)根据部分倍率偏移控制光源1的发光，具体而言，控制光源1的调制定时(发光定时)和调制时间(发光时间)。因此，能够对被扫描表面7电校正扫描位置和扫描时间。因此，能够校正部分倍率偏移和图像的劣化，并且因此与满足fθ特性的情况类似获得优异的打印性能。
表6示出根据本示例性实施例的光学扫描设备110是否满足以上条件表达式中的每一个的确定结果。光学扫描设备110满足关于第一和第二条件的所有以上条件表达式。并且，尽管光学扫描设备110不具有副扫描倾斜入射系统，但是光学扫描设备110满足条件表达式(20)，并且因此满足第三条件。
[表6]
规格
值
α1[°] 122
ρ1[°] 88
N 4
J 3
ω0[°] 45
ω1max[°] 57.6
ω1min[°] -4.29
条件表达式
右侧 确定
α1>(ρ1-ω0)×2-ω1min(9) 90.29 是
α1<(ρ1+ω0)×2-ω1max(10) 208.40 是
α1>ω1max(11) 57.60 是
α1>-2×(ρ1+ω0)+2×360°/N×(J-1)-ω1min(13) 98.29 是
α1<-2×(ρ1-ω0)+2×360°/N×(J-1)-ω1max(15) 216.40 是
α1<-ω1max+360°/N×(J-1)(16) 122.40 是
α1>(2×360°/N×(J-1)-ω1min)/3(20) 121.43 是
α1<(2×360°/N×(J-1)-ω1max)/3(21) 100.80 否
基于以上，根据本示例性实施例的光学扫描设备110通过减少采用级联扫描方法时两个打印区域之间的边界处的光束的入射位置的偏移，即使利用小尺寸和简单的配置也可以形成优异的图像。并且，在本示例性实施例中，采用光学部件被单一化的配置。因此，与传统的配置相比可以减少组件的数量，并且实现整个装置的进一步的小型化和简单化。
现在将描述根据本发明的第四示例性实施例的光学扫描设备120。在根据本示例性实施例的光学扫描设备120中，不描述与根据第三示例性实施例的光学扫描设备110的组件等同的组件。
图8是根据本示例性实施例的光学扫描设备120的主要部分的示意图。根据本示例性实施例的光学扫描设备120与根据第三示例性实施例的光学扫描设备110的不同之处在于，第一和第二成像光学系统61和62中的每一个包括多个成像元件。并且，光学扫描设备120在每个设计值上也与光学扫描设备110不同，并且光学扫描设备120的扫描视角大于光学扫描设备110的扫描视角。
表7-11示出根据本示例性实施例的光学扫描设备120的设计的示例。在本示例性实施例中，副扫描入射角β1和β2均为1.50°。
[表7]
共用规格
[表8]
第一光学系统的规格
第一光学系统的布置
[表9]
第一光学系统的非球面
主扫描截面
副扫描截面
[表10]
第二光学系统的规格
第二光学系统的布置
[表11]
第二光学系统的非球面
主扫描截面
副扫描截面
根据本示例性实施例的光学扫描设备120采用扫描视角大于根据第三示例性实施例的光学扫描设备110的扫描视角的配置。因此，能够通过进一步缩短光轴方向上的光路长度来实现小型化。在扫描视角如此大的配置中，由被扫描表面7中的位置偏移引起的两个打印区域之间的边界处的光束的入射位置的偏移是显著的。因此，通过满足以上条件表达式(4)获得的效果特别好。
表12指示根据本示例性实施例的光学扫描设备120是否满足以上条件表达式中的每一个的确定结果。光学扫描设备120满足关于第一和第二条件的所有以上条件表达式。并且，尽管光学扫描设备120不满足条件表达式(20)和(21)中的任一个，但是光学扫描设备120具有表7和表9所示的副扫描倾斜入射系统(β1≠0，β2≠0)，并且因此满足第三条件。
[表12]
规格
值
α1[°] 105
ρ1[°] 88
N 4
J 3
ω0[°] 45
ω1max[°] 72
ω1min[°] -6.45
条件表达式
右侧 确定
α1>(ρ1-ω0)×2-ω1min(9) 92.45 是
α1<(ρ1+ω0)×2-ω1max(10) 194.00 是
α1>ω1max(11) 72.00 是
α1>-2×(ρ1+ω0)+2×360°/N×(J-1)-ω1min(13) 100.45 是
α1<-2×(ρ1-ω0)+2×360°/N×(J-1)-ω1max(15) 202.00 是
α1<-ω1max+360°/N×(J-1)(16) 108.00 是
α1>(2×360°/N×(J-1)-ω1min)/3(20) 122.15 否
α1<(2×360°/N×(J-1)-ω1max)/3(21) 96.00 否
下面描述根据本发明的第五示例性实施例的光学扫描设备130。在根据本示例性实施例的光学扫描设备130中，不描述与根据第三和第四示例性实施例的光学扫描设备110和120的组件等同的组件。
图9是根据本示例性实施例的光学扫描设备130的主要部分的示意图。图10通过放大图9的一部分获得。根据本示例性实施例的光学扫描设备130与根据第四示例性实施例的光学扫描设备120的不同之处在于，光学扫描设备130包括两个光源和四个成像光学系统，并且通过使用共用偏转器5在两个被扫描表面上执行级联扫描。光学扫描设备130包括第一和第二光源11和12、第一和第二光阑(未示出)、第一和第二耦合透镜21和22、第一和第二分离元件43和44、偏转器5和第一至第四成像光学系统61、62、63和64。
表13-19示出根据本示例性实施例的光学扫描设备130的设计的示例。在每个表中，从第一光源11到第一区域71的光路中的光学部件对应于第一光学系统，并且从第二光源12到第二区域72的光路中的光学部件对应于第二光学系统。并且，从第一光源11到第七区域73的光路中的光学部件对应于第三光学系统，并且从第二光源12到第八区域74的光路中的光学部件对应于第四光学系统。与其它描述的实施例类似，第七区域73被作为两个区域，即区域73E和73C(分别为第九区域和第十区域)单独地考虑。类似地，第八区域74被作为两个区域，即区域74E和74C(分别为第十一区域和第十二区域)单独地考虑。
[表13]
共用规格
[表14]
第一光学系统的规格：第一光束
第一光学系统的布置：第一光束
[表15]
第一光学系统的非球面
主扫描截面
副扫描截面
[表16]
第二光学系统的规格：第二光束
第二光学系统的布置：第二光束
[表17]
第二光学系统的非球面
主扫描截面
副扫描截面
[表18]
第三光学系统的规格：第三光束
第三光学系统的布置：第三光束
[表19]
第四光学系统的规格
第四光学系统的布置
第一光学系统的光学表面的形状和第三光学系统的光学表面的形状关于y轴彼此旋转对称。即，如果关于y轴与第一光学系统的局部坐标系XYZ旋转对称的坐标系被设定为第三光学系统的局部坐标系，则第三光学系统的非球面系数的值与第一光学系统的值相同。类似地，第二光学系统的光学表面的形状和第四光学系统的光学表面的形状关于Y轴彼此旋转对称。即，如果关于y轴与第二光学系统的局部坐标系XYZ旋转对称的坐标系被设定为第四光学系统的局部坐标系，则第四光学系统的非球面系数的值与第二光学系统的值相同。
在本示例性实施例中，从第一光源11发射的光束通过第一耦合透镜21被转换成平行光束，并然后通过设置两个孔径的第一光阑被分割成第一和第三光束。然后，第一和第三光束入射在第一分离元件43上。如图10所示，第一分离元件43包括分别在主扫描截面中偏转第一和第三光束的光学元件431和433。光学元件431和433使得第一和第三光束分别以彼此不同的入射角入射在偏转器5上。
另一方面，从第二光源12发射的光束通过第二耦合透镜22被转换成平行光束，并然后通过设置两个孔径的第二光阑被分割成第二和第四光束。然后，第二和第四光束入射在第二分离元件44上。第二分离元件44包括分别在主扫描截面中偏转第二和第四光束的光学元件442和444。光学元件442和444使得第二和第四光束分别以彼此不同的入射角入射在偏转器5上。
在第一和第二光阑中的每一个中，两个孔径的z方向上的位置彼此不同。然后，第一和第二分离元件43和44中的每一个是用于使得两个光束从关于包括偏转点的xy平面的不同侧入射在偏转器5上的副扫描倾斜入射系统。并且，第一和第二分离元件43和44的出射表面是在副扫描截面中具有折光力的柱面，并且在副扫描截面中收集光束，由此在偏转器5的偏转表面附近形成线图像。
如图9所示，第一和第三光束从关于基准平面9的Y轴方向上的正侧入射在偏转器5上，并且第二和第四光束从关于基准平面9的Y轴方向上的负侧入射在偏转器5上。即，用于扫描第一被扫描表面701的第一和第二光束从关于基准平面9彼此不同的方向入射在偏转器5上，并且用于扫描第二被扫描表面702的第三和第四光束从关于基准平面9彼此不同的方向入射在偏转器5上。
第一和第二光束被偏转器5偏转，并然后分别入射在放置在关于基准平面9彼此不同的侧的第一和第二成像光学系统61和62上。第一成像光学系统61包括两个成像元件611和612，并将第一光束引导到第一被扫描表面701上的第一区域71(710-712)。第二成像光学系统62包括两个成像元件621和622，并将第二光束引导到第一被扫描表面701上的第二区域72(712-714)。
并且，第三和第四光束被偏转器5偏转，并然后分别入射在放置在关于基准平面9彼此不同的侧的第三和第四成像光学系统63和64上。第三成像光学系统63包括两个成像元件631和632，并将第三光束引导到第二被扫描表面702上的第七区域73(720-722)。第四成像光学系统64包括两个成像元件641和642，并将第四光束引导到第二被扫描表面702上的第八区域74(722-724)。
如上所述，根据本示例性实施例的光学扫描设备130采用单个偏转器偏转从光源发射的多个光束并且两个被扫描表面在彼此不同的定时被扫描的配置。因此，能够在减少组件的数量的增加的同时使整个装置小型化。并且，光学扫描设备130采用第一和第二光束扫描第一被扫描表面上的彼此不同的打印区域并且第三和第四光束扫描第二被扫描表面上的彼此不同的打印区域的级联扫描方法。因此，能够缩短从偏转器5到每个被扫描表面的光路长度。
然后，在光学扫描设备130中，在第一、第二、第七和第八区域71、72、73和74中的每一个中，关于光轴的基准平面9的一侧的打印区域的宽度被设定为小于远离基准平面9的一侧的打印区域的宽度。基于该配置，能够减少由每个被扫描表面的位置偏移引起的打印区域之间的边界处的光束的入射位置的偏移。
在本示例性实施例中，每对成像元件611和621、成像元件631和641、成像元件612和622以及成像元件632和642是通过集成成像元件获得的复合元件。并且，多个光束共享第一和第二光阑、第一和第二耦合透镜21和22以及第一和第二分离元件43和44。基于该配置，与传统配置相比能够减少组件的数量，并且实现整个装置的进一步的小型化和简单化。
在本示例性实施例中，如图10所示，从第一光源11发射的第一和第三光束以彼此不同的入射角入射在偏转器5的共用偏转表面上。具体而言，入射在偏转器5上的第一光束与x轴之间的角度为α1＝107.2度，并且入射在偏转器5上的第三光束与x轴之间的角度为α3＝72.8度。因此，第一和第三光束以34.4度的相位差偏转。因此，当第一光束扫描第一被扫描表面701时，存在第三光束在某个定时入射在第一成像光学系统61上并且变为重影(ghost)光束的可能性。
在本示例性实施例中，如上所述，采用第一和第三光束从关于包括偏转点的xy平面彼此不同的侧入射在偏转器5上的配置。因此，在偏转器5与第一被扫描表面701之间设置光阻挡部件，由此能够阻挡第三光束变为重影光束。类似地，在另一个光束可以变为重影光束的情况下，也可以在每个光路上设置光阻挡部件。代替设置光阻挡部件，可以适当地设定每个光束的扫描视角和偏转器5上的每个光束的入射角度，以防止重影光束的出现。
[图像形成装置]
图11是根据本发明的示例性实施例的图像形成装置104的主要部分的示意图(副扫描截面图)。图像形成装置104包括根据以上示例性实施例的光学扫描设备(光学扫描单元)100。
如图11所示，从诸如个人计算机的外部设备117输出的代码数据Dc被输入到图像形成装置104。代码数据Dc通过装置中的打印机控制器111被转换成图像数据(点数据)Di，并且图像数据Di被输入到光学扫描单元100。然后，根据图像信号Di被调制的光束103从光学扫描单元100发射，并且在主扫描方向上扫描感光鼓101的感光表面(被扫描表面)。打印机控制器111不仅转换数据，而且打印机控制器111还控制图像形成装置104中的诸如马达105的组件。
作为静电潜像承载部件(感光部件)的感光鼓101通过马达105顺时针旋转。然后，根据该旋转，感光鼓101的感光表面在副扫描方向上相对于光束103移动。在感光鼓101上方，设置使感光表面均匀带电的带电辊102以与感光表面接触。然后，感光鼓101被配置为使得来自光学扫描单元100的光束103被发射到通过带电辊102带电的感光表面上。
如上所述，基于图像信号Di对光束103进行调制，并然后发射光束103。因此，在感光表面上形成静电潜像。静电潜像通过显影设备107显影为调色剂图像，该显影设备107被设置为与光束103的发射位置相比在感光鼓101的旋转方向上的更下游与感光表面接触。
由显影设备107显影的调色剂图像通过设置在感光鼓101的下方以与感光鼓101相对的转印辊(转印设备)108被转印到作为转印目标材料的片材112上。片材112被存放在处于感光鼓101的前面(在图11中为右侧)的片材盒109中，但是也可以被手动馈送。在片材盒109的端部中，片材馈送辊106被设置并且将片材盒109中的片材112馈送到传送路径。
未定影的调色剂图像已被转印到其上的片材112被进一步传送到感光鼓101的后面(在图11中为左侧)的定影设备。定影设备包括其中包括定影加热器(未示出)的定影辊113和被设置为与定影辊113压力接触的压力辊114。在定影辊113与压力辊114之间的压力接触部分中，定影设备同时对从转印辊108传送的片材112加压和加热。未定影的调色剂图像因此定影在片材112上。并且，片材排出辊115被设置在定影辊113的后面，并且调色剂图像已被定影到的片材112被排出到图像形成装置104的外部。
可替代地，图像形成装置104可以通过设置多个光学扫描单元100、多个感光鼓101和多个显影设备107而被配置为彩色图像形成装置。例如，设置四个根据第一或第二示例性实施例的光学扫描设备，或者设置两个根据第三示例性实施例的光学扫描设备，由此能够实现用于并行地在四个感光鼓上记录图像信息的彩色图像形成装置。并且，例如，可以通过将包括诸如电荷耦合器件(CCD)传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器的线传感器的彩色图像读取设备作为外部设备117连接到图像形成装置104来配置彩色数字复印机。
[变型]
尽管已描述了本发明的示例性实施例，但是本发明不限于示例性实施例，并且可以在本发明的范围内以各种方式组合、修改和改变示例性实施例。
例如，包括在每个成像光学系统中的成像元件的数量不限于以上示例性实施例中的数量，并且可以被适当地选择。并且，在示例性实施例中，在假设光源是仅具有单个发光点的单光束激光器的情况下给出了描述。可替代地，可以采用具有多个发光点的单片多光束激光器作为光源。在示例性实施例中，为了便于描述，省略了用于同步检测光源的发光定时的同步检测系统的描述。然而，可以设置已知的同步检测系统以控制光源的发光定时。
尽管已参照示例性实施例描述了本发明，但是应理解，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样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (20)

1.一种光学扫描设备，包括：
偏转器，所述偏转器被配置为偏转第一和第二光束以在主扫描方向上扫描第一被扫描表面的有效区域；和
第一和第二成像光学系统，所述第一和第二成像光学系统被配置为将由所述偏转器偏转的第一和第二光束引导到第一和第二区域，所述第一和第二区域被包括在所述有效区域中并且在所述主扫描方向上彼此不同，
其中，在所述第一区域中，在所述主扫描方向上，关于所述第一成像光学系统的第一光轴的远离所述第二区域的一侧的、所述第一区域中的第三区域的宽度比关于所述第一光轴的接近所述第二区域的一侧的、所述第一区域中的第四区域的宽度长，并且
其中，在所述第二区域中，在所述主扫描方向上，关于所述第二成像光学系统的第二光轴的远离所述第一区域的一侧的、第五区域的宽度比关于所述第二光轴的接近所述第一区域的一侧的、第六区域的宽度长。
2.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，所述第一和第二光束从关于基准平面彼此不同的侧入射在所述偏转器上，所述基准平面包括所述偏转器的旋转轴并且与所述主扫描方向垂直。
3.根据权利要求2所述的光学扫描设备，其中，在所述有效区域中，所述第一区域是关于所述基准平面的所述第一光束入射在所述偏转器上的一侧的区域，并且所述第二区域是关于所述基准平面的所述第二光束入射在所述偏转器上的一侧的区域。
4.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，在所述主扫描截面中，当所述偏转器的外接圆的半径为Rd[mm]、所述第四和第六区域的宽度为Yc[mm]并且所述第三和第五区域的宽度为Ye[mm]时，Yc<Rd<Ye的条件被满足。
5.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，当所述主扫描截面中的所述偏转器的外接圆的半径为Rd[mm]并且所述偏转器上的所述第一和第二光束中的每一个的主光线的入射位置与所述偏转器的旋转轴之间的光轴方向上的距离为Lx[mm]时，-Rd/2≤Lx≤Rd/2的条件被满足。
6.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，所述偏转器在彼此不同的定时扫描所述第一和第二区域。
7.根据权利要求1所述的光学扫描设备，还包括分离元件，所述分离元件被配置为使从共用光源发射的所述第一和第二光束彼此分离。
8.根据权利要求7所述的光学扫描设备，还包括：
反射元件，
其中，所述第一光束通过所述分离元件被偏转，并且被引导到所述偏转器，并且
其中，所述第二光束不通过所述分离元件而在所述反射元件上被反射，并且被引导到所述偏转器。
9.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，光束的扫描速度在所述第一区域中的轴上像高与轴外像高之间不同，并且光束的扫描速度在所述第二区域中的轴上像高与轴外像高之间不同。
10.根据权利要求1所述的光学扫描设备，还包括第三和第四成像光学系统，所述第三和第四成像光学系统被配置为在所述偏转器偏转第三和第四光束以在所述主扫描方向上扫描第二被扫描表面的有效区域的情况下、将由所述偏转器偏转的所述第三和第四光束分别引导到第七和第八区域，所述第七和第八区域被包括在所述有效区域中并且在所述主扫描方向上彼此不同。
11.根据权利要求10所述的光学扫描设备，其中，在所述主扫描方向上，关于所述第三成像光学系统的光轴的远离所述第八区域的一侧的、所述第七区域中的第九区域的宽度比关于所述第三成像光学系统的光轴的接近所述第八区域的一侧的、所述第七区域中的第十区域的宽度长，并且关于所述第四成像光学系统的光轴的远离所述第七区域的一侧的、所述第八区域中的第十一区域的宽度比关于所述第四成像光学系统的光轴的接近所述第七区域的一侧的、所述第八区域中的第十二区域的宽度长。
12.根据权利要求10所述的光学扫描设备，还包括：
第一分离元件，所述第一分离元件被配置为分离从第一光源发射的所述第一和第三光束；和
第二分离元件，所述第二分离元件被配置为分离从第二光源发射的所述第二和第四光束。
13.根据权利要求10所述的光学扫描设备，其中，在副扫描截面中，所述第一和第三光束从关于与所述偏转器的旋转轴垂直的平面彼此不同的侧入射在所述偏转器上，并且所述第二和第四光束从关于所述平面彼此不同的侧入射在所述偏转器上。
14.一种光学扫描设备，包括：
分离元件，所述分离元件被配置为使从共用光源发射的第一和第二光束彼此分离；
偏转器，所述偏转器被配置为偏转所述第一和第二光束以在主扫描方向上扫描共用的被扫描表面的有效区域；以及
第一和第二成像光学系统，所述第一和第二成像光学系统被配置为将由所述偏转器偏转的第一和第二光束分别引导到第一和第二区域，所述第一和第二区域被包括在所述有效区域中并且在所述主扫描方向上彼此不同，
其中，所述第一和第二光束入射在所述偏转器中彼此不同的偏转表面上，并且
其中，所述偏转器在彼此不同的定时扫描所述第一和第二区域。
15.根据权利要求14所述的光学扫描设备，其中，投影到与所述偏转器的旋转轴垂直的平面上的所述第一和第二光束从关于基准平面彼此对称的方向入射在所述偏转器上，所述基准平面包括所述旋转轴并且与所述主扫描方向垂直。
16.根据权利要求15所述的光学扫描设备，其中，以下条件被满足：
α1>(ρ1-ω0)×2-ω1min，
α1<(ρ1+ω0)×2-ω1max，
α1>ω1max，
α1>-2×(ρ1+ω0)+2×360°/N×(J-1)-ω1min，以及
α1<-2×(ρ1-ω0)+2×360°/N×(J-1)-ω1max，
这里，在所述主扫描截面中，入射在所述偏转器上的所述第一光束的主光线与所述基准平面之间的角度为α1，所述偏转器的外接圆与所述主光线的交点为P1i，连接所述交点P1i和所述外接圆的中心的直线与所述基准平面之间的角度为ρ1，入射在所述有效区域中的所述第一光束的一侧的最轴外像高上的所述主光线与所述基准平面之间的角度为ω1max，入射在所述有效区域中的中心像高上的所述主光线与所述基准平面之间的角度为ω1min，所述偏转器的偏转表面的数量为N，并且满足ω0＝180°/N和2≤J≤N的整数为J。
17.根据权利要求15所述的光学扫描设备，其中，以下条件被满足：
α1<-ω1max+360°/N×(J-1)，
这里，在所述主扫描截面中，入射在所述偏转器上的所述第一光束的主光线与所述基准平面之间的角度为α1，入射在所述有效区域中的所述第一光束的一侧的最轴外像高上的所述主光线与所述基准平面之间的角度为ω1max，所述偏转器的偏转表面的数量为N，并且满足2≤J≤N的整数为J。
18.根据权利要求15所述的光学扫描设备，其中，以下条件被满足：
α1>(2×360°/N×J-ω1min)/3，
这里，在所述主扫描截面中，入射在所述偏转器上的所述第一光束的主光线与所述基准平面之间的角度为α1，入射在所述有效区域中的所述第一光束的一侧的最轴外像高上的所述主光线与所述基准平面之间的角度为ω1max，入射在所述有效区域中的中心像高上的所述主光线与所述基准平面之间的角度为ω1min，所述偏转器的偏转表面的数量为N，并且满足2≤J≤N的整数为J。
19.根据权利要求14所述的光学扫描设备，还包括光阻挡部件，所述光阻挡部件被配置为阻挡所述第一光束向所述第二区域行进并且阻挡所述第二光束向所述第一区域行进。
20.一种图像形成装置，包括：
根据权利要求1-19中的任一项所述的光学扫描设备；
显影设备，所述显影设备被配置为将通过所述光学扫描设备在被扫描表面上形成的静电潜像显影为调色剂图像；
转印设备，所述转印设备被配置为将经显影的调色剂图像转印到转印目标材料上；以及
定影设备，所述定影设备被配置为将经转印的调色剂图像定影到所述转印目标材料。
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