CN1749805A - 光学扫描器和使用它的成像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种光学扫描器，包括：发出光束的光源(1)，光偏转器(6)，允许光束照射在光偏转器上使得光束在主扫描方向上的宽度大于光偏转器的每个偏转表面在主扫描方向上的宽度的入射光学系统(5)，以及将由光偏转器偏转的光束导向待扫描表面的聚焦光学系统(8)。入射光学系统和聚焦光学系统被构造，使得当光束在离轴图像高度处照射在待扫描表面上时在两个光学系统中发生的像差在光束中心的两侧上不对称，并且像差的方向彼此相反。

Description

光学扫描器和使用它的成像装置
技术领域
本发明涉及适用于例如电子摄影成像装置例如激光束打印机、数字复印机、以及多功能打印机的光学扫描器，并且也涉及使用该光学扫描器的成像装置。特别地，本发明涉及一种光学扫描器，其中从光源发出的光束由作为光偏转器的光学多面体偏转以通过具有fθ特性的聚焦光学系统扫描待扫描表面，使得图像信息可以被记录，同样涉及使用该光学扫描器的成像装置。
背景技术
在常规光学扫描器中，根据图像信号调制的光束从光源发出并且由包括例如旋转光学多面体的光偏转器周期性地偏转。由光学多面体反射的光束由具有fθ特性的聚焦光学系统聚焦在光敏记录介质表面上的点中，以扫描图像记录的表面。
近年来，更高速度、更小型的聚焦光学系统已经随着在设备例如激光束打印机、数字多功能机，以及多功能打印机中实现的速度增加和尺寸减小而需要。
增加速度的方法的一个实例是过满光学系统(在下文也称作OFS)的使用。在OFS中，光偏转器的每个偏转表面(反射表面)仅需要与偏转扫描所需入射光束的基本部分相同的宽度。因此，光偏转器可以具有更小的直径和更多的表面。因此，OFS适用于增加速度。
但是，OFS具有下面描述的问题。
在OFS中，在主扫描方向上比光偏转器的偏转表面宽的光束被使得在偏转表面上入射。在偏转中，在偏转表面上入射的光束的部分被分散并导向待扫描表面。因此，在偏转表面上入射的光束的不同部分在待扫描表面上不同图像高度处使用。例如，导向待扫描表面中心的光束是在光偏转器上入射的光束的中心部分，而导向待扫描表面边缘区域(离轴图像高度)的光束是在光偏转器上入射的光束的边缘部分。
因此，如果波前形状的差异，例如球面像差，在光偏转器上入射的光束的中心部分和边缘部分之间发生，导向待扫描表面边缘区域(离轴图像高度)的光束的波前在主扫描方向上不对称。图11显示在OFS中的光偏转器上入射的光束中波前像差的实例。
图12A显示已知OFS中在离轴图像高度处由光偏转器分散和偏转的光束中的波前像差(波前像差在入射光学系统中发生)。图12B显示在OFS中的聚焦光学系统中发生的波前像差。在OFS中，在聚焦光学系统中发生的波前像差被校正，使得没有波前像差保留在聚焦光学系统中，如图12B中所示。因此，在主扫描方向上不对称的波前像差在离轴图像高度处在整个系统中发生，如图12C中所示。也就是，已知的OFS因例如入射光学系统中的球面像差而不利地在离轴图像高度处在整个系统中引起彗形像差。
另外，由单个透镜组成或者具有在主扫描方向上具有弧形的至少一个表面的聚焦光学系统在容易制造方面是有利的，虽然包括这种聚焦光学系统的已知OFS难以完全抑制在全部图像高度处在聚焦光学系统中发生的彗形像差。在这种情况下，不幸地，已知的OFS引起整个系统中的彗形像差，因为在聚焦光学系统中发生的像差的方向与在入射光学系统中发生的像差的方向相同。
图13A，13B和13C显示在包括由单个透镜组成的聚焦光学系统的已知OFS中，分别由入射光学系统、聚焦光学系统、和整个系统在离轴图像高度处在主扫描方向上引起的波前像差。
图13A和13B显示因例如离轴图像高度处入射光学系统中的球面像差引起的彗形像差的方向与离轴图像高度处不能在聚焦光学系统中抑制的彗形像差的方向相同。离轴图像高度处在入射光学系统和聚焦光学系统中发生的波前像差彼此组合以引起离轴图像高度处整个系统中的彗形像差，如图13C中所示。
如图12C和13C中所示的彗形像差易于引起待扫描表面上具有旁瓣的点。图14是说明已知OFS中离轴图像高度处的点轮廓的图。图14显示旁瓣在主扫描方向上发生。
另外，在图12C和13C中，已知OFS中离轴图像高度处的波前像差是弯曲的。弯曲的波前像差的焦点位置依赖于波前像差弯曲的量而偏离参考球体的焦点位置。因为弯曲的量随着已知OFS中的图像高度而变化，图像高度之间焦点位置的差异，也就是像场弯曲，在待扫描表面上发生，因此不利地扩大射束点的直径。
旁瓣和扩大的射束点可能对待扫描表面上写入的图像具有不利的影响，例如降低的分辨率和加宽的细线。
各种光学扫描器已经提出以解决上面的问题。
根据日本待审专利公开2001-59946号(没有相应的外国公开)，用于校准从光源发出的光束的准直透镜部件由多个透镜或一个非球面透镜组成以便抑制因准直透镜自身的球面像差从而极好地校正像场弯曲。
但是，根据上面的公开，用于准直透镜部件的透镜数目必须增加以抑制准直透镜部件处的球面像差。作为选择，所使用非球面透镜的表面形状和附件的精确度必须改进。因此，非球面透镜的使用易于导致复杂(昂贵)的入射光学系统。特别地，较大的球面像差发生，因为主扫描方向上聚焦光学系统入射侧上的F值(Fno，焦距比数)减小以增加耦合效率从而实现较高的扫描速度。因此，使用的透镜数目必须增加以抑制球面像差。这易于导致复杂(昂贵)的入射光学系统。
双通道结构被使用以提供小型的聚焦光学系统。在该结构中，在光偏转器的偏转表面上入射的光束和由偏转表面偏转的光束都通过构成聚焦光学系统的透镜中至少一个。当朝向光偏转器行进的光束通过透镜时，双通道结构也引起像差。特别地，较大的波前像差易于发生，如果聚焦光学系统(fθ透镜)在主扫描方向上具有非弧形母线，以减少聚焦光学系统的光通道长度。因此，双通道结构难以完全校正在主扫描方向上在入射光学系统中发生的波前像差。这易于引起提供极好的点的困难。
另外，根据上面的公开，聚焦光学系统由单个fθ透镜组成，因为这种系统在容易制造方面是有利的。但是，在这种情况下，聚焦光学系统难以抑制归因于系统自身的像差，例如，没有考虑彗形像差的发生。因此，即时入射光学系统中的球面像差完全抑制，不能在聚焦光学系统中抑制的彗形像差导致整个系统中的彗形像差。因此，该光学扫描器具有不能提供极好点的趋势。
美国专利5,757,535号(日本待审专利公开9-304720号)目的在于减小旁瓣，其因离轴图像高度处由光偏转器的偏转表面偏转和分散的光束的主扫描方向上不对称的光强分布引起。根据该公开，旁瓣通过用允许光束退出的非球面光学元件取代准直透镜来减小，其波前随着距离光轴的增加高度而偏离参考球体。
但是，根据上面的公开，没有考虑导向待扫描表面上离轴图像高度(边缘区域)的光束的波前像差的不对称；波前像差归因于例如入射光学系统中的球面像差。因此，如果如图12A中所示的不对称波前像差在入射光学系统中发生，不对称光学元件难以减小旁瓣。图14显示这种情况下的点轮廓。在图14中，旁瓣没有减小。因此，不幸地，该光学扫描器不能提供极好的点。
另外，根据上面的公开，彗形像差在整个系统中发生，因为没有考虑不能由聚焦光学系统自身完全抑制的、在聚焦光学系统中发生的彗形像差。因此，不幸地，该光学扫描器不能减小旁瓣并且提供极好的点。
此外，像场弯曲不能完全抑制，因为没有考虑因离轴图像高度处波前像差弯曲的量的差异而引起的像场弯曲。因此，点的直径在离轴图像高度处不期望地变化。
发明内容
本发明提供一种光学扫描器，其能够在待扫描表面上提供极好的点并且以高速形成高分辨率、高质量的图像，此外还提供一种使用该光学扫描器的成像装置。
根据本发明的光学扫描器包括：发出光束的光源；光束照射在上面的光偏转器；入射光学系统，其允许光束照射在光偏转器上使得在光偏转器上入射的光束在主扫描方向上的宽度大于光偏转器的每个偏转表面在主扫描方向上的宽度；以及聚焦光学系统，其将由光偏转器偏转的光束导向待扫描表面。在该光学扫描器中，在主扫描横截面中具有非弧形的一个或多个光学表面在至少入射光学系统或聚焦光学系统中提供，使得像差的第一方向与像差的第二方向相反。第一方向是光束的主光线与光束的边缘光线之间波前像差在主扫描方向上相位差的方向。当最大图像高度处在待扫描表面上入射的光束通过入射光学系统时，相位差发生。第二方向是光束的主光线与光束的边缘光线之间波前像差在主扫描方向上另一个相位差的方向。当最大图像高度处在待扫描表面上入射的光束通过聚焦光学系统时，相位差发生。
根据本发明，聚焦光学系统和入射光学系统被构造，使得离轴图像高度处待扫描表面上在两个光学系统中发生的像差在光束中心的两侧不对称，并且像差的方向彼此相反。因此，本发明可以实现能够在待扫描表面上提供极好的点并且以高速形成高分辨率、高质量图像的一种光学扫描器，以及一种使用该光学扫描器的成像装置。
本发明的另外特征将从参考附加附图的示范实施方案的下面描述中变得明白。
附图说明
图1是根据本发明第一实施方案的光学扫描器的主扫描横截面视图。
图2是根据本发明第一实施方案的光学扫描器的副扫描横截面视图。
图3A，3B和3C是显示在本发明第一实施方案中，分别由入射光学系统、聚焦光学系统和整个系统在主扫描方向上引起的波前相差(图像高度Y＝-107mm)的图。
图4是在本发明第一实施方案中图像高度Y=-107mm处的点图。
图5是显示本发明第一实施方案中像场弯曲的图。
图6是根据本发明第二实施方案的光学扫描器的主扫描横截面视图。
图7是根据本发明第二实施方案的光学扫描器的副扫描横截面视图。
图8A，8B和8C是显示在本发明第二实施方案中，分别由入射光学系统、聚焦光学系统和整个系统在主扫描方向上引起的波前相差(图像高度Y＝-107mm)的图。
图9是根据本发明一种实施方案的成像装置的副扫描横截面视图。
图10是根据本发明一种实施方案的彩色成像装置的主要部分的图。
图11是在光偏转器上入射的光束在主扫描方向上的波前像差的图。
图12A，12B和12C是显示在已知OFS中，分别由入射光学系统、聚焦光学系统和整个系统在离轴图像高度处在主扫描方向上引起的波前像差的图。
图13A，13B和13C是显示在已知OFS(包括由单个透镜组成的扫描系统)中，分别由入射光学系统、聚焦光学系统和整个系统在离轴图像高度处在主扫描方向上引起的波前像差的图。
图14是已知OFS中离轴图像高度处的点图。
图15A和15B是说明当具有在光束主光线的两侧具有对称相位形状的波前像差的准直光束通过光学表面时，分别由对称和不对称光学表面的形状在波前相差的相位形状中引起的不对称分量的图。
图16是根据本发明第三实施方案的光学扫描器的主扫描横截面视图。
图17是根据本发明第三实施方案的光学扫描器的副扫描横截面视图。
具体实施方式
本发明的实施方案现在将参考附图来描述。
第一实施方案
图1是根据本发明第一实施方案的光学扫描器的主要部分在主扫描方向上的横截面视图(主扫描横截面视图)。图2是图1中光学扫描器的主要部分在副扫描方向上的横截面视图(副扫描横截面视图)。
主扫描方向是与光偏转器的旋转轴和扫描光学元件的光轴垂直的方向(在光偏转器反射和偏转光束的方向上(偏转扫描))。副扫描方向是与光偏转器的旋转轴平行的方向。主扫描横截面是平行于主扫描方向的平面，并且包括聚焦光学系统的光轴。副扫描横截面是垂直于主扫描横截面的平面。
在图1，光源1由例如具有两个发光部分(发光点)的单片多束半导体激光器组成。虽然光源1在该实施方案中具有两个发光部分，发光部分的数目并不局限于两个；光源1也可以具有单个发光部分或者三个或更多发光部分。
变形光学元件形式的柱面透镜(副扫描柱面透镜)2仅在副扫描横截面中具有预先确定的能力(折射能力)，以将从光源1发出的两个发散光束转换成基本上在副扫描横截面中准直的光束。
孔径(孔径光阑)3将退出柱面透镜2的基本上准直的光束最佳地修整成期望的射束形状。
作为集光光学系统的准直透镜4在主扫描横截面中具有预先确定的能力，以将从光源1发出的两个发散光束转换成在主扫描方向上准直的光束。准直透镜4将退出仅在副扫描方向上具有预先确定能力的柱面透镜2的光束以在主扫描方向上延伸的线性图像的形式聚焦到下面描述的光偏转器6的任何偏转表面7上。
入射光学系统5包括仅在副扫描方向上具有预先确定能力的柱面透镜2，孔径3，准直透镜4，以及下面描述的fθ透镜8a。
光偏转器6由例如旋转光学多面体组成，并且由驱动单元例如马达(没有显示)在附图中箭头A指示的方向上以恒定速率旋转。
光偏转器6的偏转表面7等效于主扫描方向上入射光学系统5的孔径。
聚焦光学系统8具有fθ特性，包括仅在主扫描横截面中具有预先确定正面能力的塑料fθ透镜(G1透镜)8a以及仅在副扫描横截面中具有预先确定能力的细长塑料材料复曲面透镜(G2透镜)8b。聚焦光学系统8将由光学多面体6偏转的、基于图像信息的两个光束在主扫描横截面中聚焦到作为待扫描表面的光敏鼓表面10上。在聚焦光学系统8中，光学多面体6的偏转表面7可选地在副扫描横截面中共轭到光敏鼓表面10，以校正表面倾斜。
光偏转器6的偏转表面7等效于主扫描方向上聚焦光学系统8的孔径。
在该实施方案中，fθ透镜8a和复曲面透镜8b的表面两侧在主扫描横截面中都具有非弧形，如下面表格2中显示的。
该实施方案使用双通道结构，其中通过fθ透镜8a的光束(入射光束)由光学多面体6偏转以再次进入fθ透镜8a(扫描光束)。
作为反射元件的射束折叠镜9将通过聚焦光学系统8的两个光束的光通道折叠回到光敏鼓表面10。光敏鼓表面10是待扫描表面(记录介质表面)。
在该实施方案中，从多束半导体激光器1中发出的两个调制光束进入仅在副扫描方向上具有能力的副扫描柱面透镜2。这些光束在副扫描横截面中校准以通过孔径3、准直透镜4和fθ透镜8a照射在光学多面体6的任何偏转表面7上。退出fθ透镜8a的光束以线性图像(在主扫描方向上细长)的形式聚焦在偏转表面7上。光束以在倾斜方向上相对于偏转表面7的预先确定斜角照射在光学多面体6的偏转表面7上(倾斜入射光学系统)。
在主扫描横截面中发散的光束在通过孔径3、准直透镜4和fθ透镜8a之后校准，以照射在位于光学多面体6偏转角中心的光学多面体6的偏转表面7上(正面入射)。在偏转表面7上入射、在主扫描横截面中准直的光束被调节，以便与光学多面体6的偏转表面7在主扫描方向上的面宽度(反射宽度)相比较而具有足够大的宽度(OFS)。
由光学多面体6反射的两个光束通过聚焦光学系统8和射束折叠镜9导向光敏鼓表面10。因为光学多面体6在附图中箭头A指示的方向上旋转，由光学多面体6反射的两个光束在附图中箭头B指示的方向(主扫描方向)上扫描光敏鼓表面10，以将图像写在作为记录介质的光敏鼓表面10上。
在该实施方案中，聚焦光学系统8在副扫描方向上的入射侧具有较低的F值，也就是3.4，低于主扫描方向上的F值，也就是14。根据这种关系，在该实施方案中，副扫描柱面透镜2位置比准直透镜4更接近光源1，以减小光通道长度。但是，该方案并不局限于上面的方案，并且准直透镜4可以比副扫描柱面透镜2更接近光源1。
在该实施方案中，fθ透镜8a位置接近光学多面体6使得fθ透镜8a的尺寸可以减小以实现较低的成本，如上所述，入射和扫描光束都通过fθ透镜8a的双通道结构被使用。另外，fθ透镜8a的两个表面都在主扫描横截面中具有非弧形以提供小型扫描器(以减小从光学多面体6到待扫描表面10的光通道长度)。因此，光学多面体6的扫描角调节成大范围的张角，也就±20.25°。
当fθ透镜8a的透镜表面在具有双通道结构的OFS中具有非弧形时，入射光学系统5引起容易导致彗形像差和像场弯曲的大的像差。
因此，在该实施方案中，入射光学系统5和聚焦光学系统8被构造，使得当光束在离轴图像高度处照射在待扫描表面10上时在两个光学系统中发生的像差(波前像差)在光束中心的两侧上不对称，并且像差的方向彼此相反。这种结构有效地抑制彗形像差和像场弯曲。
在该实施方案中，入射光学系统5和聚焦光学系统8被构造，使得像差(波前像差)的方向在整个有效扫描区域(整个成像区域)中在每个图像高度彼此相反，虽然像差的方向不一定必须在每个图像高度彼此相反；它们也可以仅在某些图像高度相反。
另外，像差的方向不一定必须在每个离轴图像高度处彼此相反；它们也可以仅在有限离轴图像高度处相反。光学扫描器的最严重问题是因最大图像高度处的波前像差引起的彗形像差和像场弯曲。
在该实施方案中，彗形像差的校正通过以最大图像高度(Y＝-107mm)处主扫描方向上的波前像差作为实例在下面描述。
图3A，3B和3C是显示在该实施方案中分别由入射光学系统5、聚焦光学系统8和整个系统(入射光学系统5和聚焦光学系统8的组合)在最大图像高度(Y＝-107mm)处在主扫描方向上引起的波前像差的图。
图3A显示入射光学系统5产生在主扫描方向上不对称的波前像差。正图像高度侧上的波前像差的相位领先负高度图像侧上的波前像差的相位。
相位差通过在与入射光学系统5中发生的波前像差方向相反的方向上引起聚焦光学系统8中的波前像差来抵消，如图3B中所示。也就是，聚焦光学系统8被构造，使得在聚焦光学系统8中负图像高度侧上波前像差的相位可以赶上正图像高度侧上波前像差的相位。参考图3C，这种校正导致整个系统中没有彗形像差的可接受波前像差。
图4是该实施方案中最大图像高度Y＝-107mm处的点图。图4显示没有旁瓣的极好的点。
虽然最大图像高度(Y＝-107mm)处的波前像差作为实例描述，极好的点也可以通过构造入射光学系统5和聚焦光学系统8使得在整个系统中不具有彗形像差的可接受波前像差产生，而在所有其他图像高度处实现。
在图3A和3B中，最大图像高度Y＝-107mm处在聚焦光学系统8中发生的波前像差在与入射光学系统5中发生的波前像差的弯曲方向相反的方向上弯曲。在图3C中，在整个系统中发生的波前像差的弯曲通过抵消入射光学系统5中波前像差的弯曲而充分抑制。
入射光学系统5中波前像差的弯曲也在所有其他图像高度处抵消，与在最大图像高度Y＝-107mm的情况中一样，从而在整个系统中发生的波前像差的弯曲充分地抑制。因此整个系统可以充分减小因所有图像高度处波前像差的弯曲而引起的焦点位置的偏差，以将待扫描表面10上不同图像高度处焦点位置的差抑制到可接受水平。也就是，该系统可以将归因于待扫描表面10上波前像差的弯曲的像场弯曲抑制到可接受水平。
图5是显示该实施方案中主扫描横截面和副扫描横截面中的像场弯曲特性的图。图5显示像场弯曲在主扫描横截面和副扫描横截面中极好地校正。因此，根据该实施方案，像场弯曲被校正，从而射束点的扩大抑制为可接受水平。
在该实施方案中的聚焦光学系统8中，fθ透镜8a和细长复曲面透镜8b的所有透镜表面都在主扫描横截面中具有非弧形，以使得抑制彗形像差和像场弯曲所需的像差达到它们对点没有影响的这种水平。另外，如上所述，fθ透镜8a和复曲面透镜8b由塑料材料制成。
如果在入射光学系统5中发生的像差在聚焦光学系统8中抵消，在聚焦光学系统8中fθ透镜8a和复曲面透镜8b的非弧形透镜表面(主扫描横截面中)上最大图像高度处入射的光束的宽度在主扫描方向上必须大于入射光学系统5中引起像差的表面上的光束的宽度。否则，fθ透镜8a和复曲面透镜8b的透镜表面必须形成复杂的结构，以便校正主扫描方向上光束像差的不对称。结果，fθ透镜8a和复曲面透镜8b的非弧形透镜表面(主扫描横截面中)易于变得难以形成。
因此，根据该实施方案，在最大图像高度处在主扫描方向上通过fθ透镜8a和复曲面透镜8b的非弧形透镜表面(主扫描横截面中)的光束的宽度W1调节成入射光学系统5中通过弧形透镜表面(主扫描横截面中)的光束的宽度W2的至少1.8倍，也就是W1/W2≥1.8。因此，像差可以极好地校正，而没有形成fθ透镜8a和复曲面透镜8b的非弧形透镜表面(主扫描横截面中)的增加的困难。
该实施方案中的具体值在下面说明。在使用OFS的该实施方案中，对于在最大图像高度(-107mm)处入射的光束，准直透镜4的第二表面(光退出表面)上的光束在主扫描方向上的宽度，也就是W2，是1.47mm(宽度W2对应于最大图像高度处入射的光束通过的区域；该区域对于OFS中的每个图像高度而不同)。fθ透镜8a的第一表面(光进入表面)上的光束在主扫描方向上的宽度，也就是W1-1，是2.80mm。fθ透镜8a的第二表面(光退出表面)上的光束在主扫描方向上的宽度，也就是W1-2，是2.53mm。复曲面透镜8b的第一表面(光进入表面)上的光束在主扫描方向上的宽度，也就是W1-3，是2.93mm。复曲面透镜8b的第二表面(光退出表面)上的光束在主扫描方向上的宽度，也就是W1-4，是2.75mm。宽度W1定义为W1-1，W1-2，W1-3，和W1-4中的最高值，也就是2.93mm(W1-3)。因此，聚焦光学系统8中非弧形表面(主扫描横截面中)上光束的宽度W1大于入射光学系统5中弧形表面上光束的宽度W2，也就是W1/W2＝1.99，使得像差极好地校正。
在该实施方案中，准直透镜4的仅第二表面(光退出表面)在入射光学系统5中的主扫描横截面中具有弧形。对于入射光学系统5中的主扫描横截面中的多个弧形表面，与上面相同的效果可以通过调节W1/W2的比值为1.8或更多来实现，其中W2定义为各个透镜表面上光束的宽度中的最高值。
入射光学系统5中的最大彗形像差在最大图像高度处发生；因此，通过调节最大图像高度处W1/W2的比值为1.8或更多，像差不仅可以在最大图像高度处而且可以在中间图像高度处极好地校正。
图15A和15B是每个说明由光学系统中的光学表面(透镜表面)也就是第一介质(折射率n≠1)与第二介质(折射率n′＝1)之间的分界面的形状在任意横截面中引起的不对称分量的图，当具有在光束主光线两侧具有对称相位形状的波前像差的准直光束通过光学表面时。
图15A中的光学表面在任意横截面中在光束主光线的两侧上具有对称的形状。在图15A中，θU表示光束的上光线(与光学表面的端部相邻的边缘光线)通过的位置的光学表面相对于主光线通过的位置的梯度，并且θL表示光束的下光线(与光学表面的光轴相邻的边缘光线)通过的位置的光学表面相对于主光线通过的位置的梯度。光束的上和下光线通过的位置的光学表面相对于光轴的梯度之间的差Δθ由下面的公式(4)表示：
Δθ＝|θU|-|θL|  …(4)
Δθ＝0
光束的上和下光线经受在光轴两侧对称的折射能力。因此，退出光学表面的光束是具有在光束主光线两侧上保持对称的波前像差的准直光束，并且上光线和主光线的交叉点基本上与下光线和主光线的交叉点一致。
图15B中的光学表面在任意横截面中在光束主光线的两侧上具有不对称形状。在图15B中，θU表示光束的上光线(与光学表面的端部相邻的边缘光线)通过的位置的光学表面相对于主光线通过的位置的梯度，并且θL表示光束的下光线(与光学表面的光轴相邻的边缘光线)通过的位置的光学表面相对于主光线通过的位置的梯度。光束的上和下光线通过的位置的光学表面相对于光轴的梯度之间的差Δθ由下面的公式表示：
Δθ＝|θU|-|θL|
Δθ≠0
随着Δθ增加，作用在光束上光线上的折射能力相对于作用在光束下光线上的折射能力而增加。因此，光学表面(透镜表面)在准直光束上施加在光轴两侧不对称的折射能力。因此，退出光学表面的光束是具有在光束主光线两侧上具有不对称相位形状的波前像差的会聚光束，并且上光线和主光线的交叉点偏离下光线和主光线的交叉点。也就是，当光束通过光学表面时，上和下光线通过的位置的透镜表面相对于主光线通过的位置的梯度之间的较大差异Δθ导致在波前像差的相位形状中引起的较大不对称分量(以主光线为中心轴)。
当具有在光束主光线两侧上具有对称相位形状的波前像差的准直光束通过光学表面时，由光学表面也就是第一介质(折射率n≠1)与第二介质(折射率n′＝1)之间的分界面的形状引起的不对称分量H由下面的公式(5)表示：
H＝(n-1)×Δθ  …(5)
对于包括多个光学表面的光学系统，在由整个光学系统在波前像差的相位形状中引起的、以主光线作为中心轴的不对称分量是由各个光学表面在波前像差的相位形状中引起的、以主光线作为中心轴的不对称分量的总和。由整个光学系统在波前像差的相位形状中引起的、以主光线作为中心轴的不对称分量H′由下面的公式(6)表示：
H ′ = Σ i [ Ui × ( ni - 1 ) × Δθ ] . . . ( 6 )
其中Ui是对于光进入透明光学表面为-1而对于光退出透明光学表面或反射光学表面为+1的系数；以及ni是对于透明光学表面等于玻璃的折射率而对于反射光学表面为2的系数。
接下来，公式(6)应用于光学扫描器中的光学系统(聚焦光学系统或入射光学系统)中的主扫描横截面中任意图像高度处入射的光束的情况。主扫描横截面中在最大图像高度处入射的光束中与光学表面的端部相邻的边缘光线通过的位置的第i个光学表面相对于光学表面的光轴的梯度dX/dY由ai表示。主扫描横截面中在最大图像高度处入射的光束的主光线通过的位置的第i个光学表面相对于光学表面的光轴的梯度dX/dY由bi表示。主扫描横截面中在最大图像高度处入射的光束中与光学表面的光轴相邻的边缘光线通过的位置的第i个光学表面相对于光学表面的光轴的梯度dX/dY由ci表示。使用ai，bi和ci，|θU|和|θL|由下面的公式表示：
|θU|＝|ai-bi|
|θL|＝|bi-ci|
将这些公式代入公式(4)中产生下面的公式(7)：
Δθ＝|θU|-|θL|＝|ai-bi|-|bi-ci|  …(7)
将公式(7)代入公式(6)中产生下面的公式(8)：
H ′ = Σ i [ Ui × ( ni - 1 ) × { | ai - bi | - | bi - ci | } ] . . . ( 8 )
公式(8)表示表面形状与当任意图像高度处入射的光束通过光学扫描器中的整个光学系统时由光学扫描器中的光学系统(聚焦光学系统或入射光学系统)在波前像差的相位形状中引起的、在主扫描横截面中以光束主光线作为中心轴的不对称分量H′之间的相关性。如果在成像装置中使用的光学扫描器中的光学系统产生大的不对称分量H′，光束聚焦在待扫描平面上具有不对称形状的点中，从而光学扫描器不利地不能提供极好的点。
在该实施方案中，各个值被调节使得下面的公式可以满足，以减小波前像差相位形状的不对称分量H′，从而实现具有极好形状的聚焦点。
当入射光学系统5具有m个光学表面(m≥1)，聚焦光学系统8具有p个光学表面(p≥1)，入射光学系统5中的光学表面是从光源侧开始第一到第m个表面，并且聚焦光学系统8中的光学表面是从光偏转器侧开始第(m+1)个到第(p+m+1)个表面时，下面的公式满足：
B/A＜0  ...(9)
f×|A+B|≤2×ρm  .........(10)
A = Σ i = 1 m [ Ui × ( ni - 1 ) × { | ai - bi | - | bi - ci | } ] . . . . . . ( 11 )
B = Σ i = m + 1 p + m + 1 [ Ui × ( ni - 1 ) × { | ai - bi | - | bi - ci | } ] . . . . . . ( 12 )
其中A是当在最大图像高度处入射、具有在光束主光线两侧上对称的波前像差的光束通过入射光学系统5中的各个光学表面时在主扫描横截面中波前像差的相位形状中引起的不对称分量的总和；B是当在最大图像高度处入射、具有在光束主光线两侧上对称的波前像差的光束通过聚焦光学系统8中的各个光学表面时在主扫描横截面中波前像差的相位形状中引起的不对称分量的总和；Ui是对于光进入透明光学表面为-1 而对于光退出透明光学表面或反射光学表面为+1 的系数；ni是对于透明光学表面等于玻璃的折射率而对于反射光学表面为2的系数；ai是主扫描横截面中在最大图像高度处入射的光束中与光学表面的端部相邻的边缘光线通过的位置的第i个光学表面相对于光学表面的光轴的梯度dX/dY；bi是主扫描横截面中在最大图像高度处入射的光束的主光线通过的位置的第i个光学表面相对于光学表面的光轴的梯度dX/dY；ci是主扫描横截面中在最大图像高度处入射的光束中与聚焦光学系统8或入射光学系统5的光轴相邻的边缘光线通过的位置的第i个光学表面相对于光学表面的光轴的梯度dX/dY；f是聚焦光学系统8的焦距(mm)；以及ρm是待扫描表面10上的聚焦点在主扫描方向上的直径(mm)。
公式(9)～(12)在下面描述。
A是当在最大图像高度处入射的光束通过入射光学系统5时在波前像差的相位形状中引起的、主扫描横截面中以光束主光线作为中心轴的不对称分量的总和。B是当在最大图像高度处入射的光束通过聚焦光学系统8时在波前像差的相位形状中引起的、主扫描横截面中以光束主光线作为中心轴的不对称分量的总和。在该实施方案中，透镜表面的形状被调节，使得由入射光学系统5和聚焦光学系统8在波前像差的相位形状中引起的、以光束主光线作为中心轴的不对称分量的方向彼此相反，如公式(9)中所示。这减小由光学扫描器中的整个光学系统在波前像差的相位形状中引起的、以光束主光线作为中心轴的不对称分量H′(＝A+B)。
公式(10)的左边是在最大图像高度处在待扫描表面10上入射的光束的主光线和下光线的交叉点与光束的主光线和上光线的交叉点之间在主扫描横截面中的偏差量ΔY的近似值。该近似值基于聚焦光学系统8的焦距以及由光学扫描器中的整个光学系统在波前像差的相位形状中引起的、以光束主光线作为中心轴的不对称分量。公式(10)意思是偏差量ΔY不大于主扫描方向上聚焦点直径的两倍。如果公式(10)满足，待扫描表面10上聚焦点形状的不对称可以充分地减小以提供极好的图像。
因为更高质量的图像最近已经需求，下面的公式(10′)应当满足：
f×|A+B|≤ρm  ………(10′)
当公式(10′)满足时，在最大图像高度处在待扫描表面10上入射的光束的主光线和下光线的交叉点与光束的主光线和上光线的交叉点之间在主扫描横截面中的偏差量ΔY不大于待扫描表面10上的聚焦点在主扫描方向上的直径。结果，具有极好形状的点可以获得以提供较高质量的图像。
入射光学系统5和聚焦光学系统8中的主扫描横截面中的最大彗形像差易于在最大图像高度处发生。因此，如果上面公式(9)～(12)在最大图像高度处满足，彗形像差可以在所有图像高度处充分地减小以提供具有极好形状的点。
表格4显示在该实施方案中对于在最大图像高度Y＝-107mm处入射的光束通过的各个表面，上面公式(9)～(12)中的各个值。在该实施方案中，ai，bi和ci是根据下面陈述的表示母线形状的公式(1)的一阶微分dX/dY。在表格4中，A是负值，也就是-1.8E-4，B是正值，也就是2.4E-4，从而公式(9)满足，也就是B/A＝-1.38＜0。另外，透镜表面的形状被调节使得公式(10′)满足。也就是，因为ρm＝0.06mm且f＝151mm，
f|A+B|＝0.010＜ρm＝0.060(mm)
在该实施方案中，如上所述，聚焦光学系统8被构造，使得因入射光学系统5中发生的像差引起的彗形像差和像场弯曲可以抵消。因此，入射光学系统5不需要用于校正球面像差的非球面透镜或多个透镜。因此，入射光学系统5可以由仅两个透镜，也就是准直透镜4(具有平坦的光进入表面和凸面球形光退出表面)以及柱面透镜2(具有平坦的光进入表面和凸面光退出表面且在副扫描方向上具有能力)组成。因此，入射光学系统5在容易制造方面是有利的。另外，光学扫描器在增加速度方面是有利的，因为主扫描方向上入射侧上的F值可以减小以增强发光效率(在该实施方案中，如上所述，主扫描方向上入射侧上的F值是14，而副扫描方向上入射侧上的F值是3.4)。
虽然双通道结构在该实施方案中使用，足够的效果也可以对于单通道结构而实现，因为主扫描方向上入射侧上的F值小并且大的球面像差发生。
表格1显示该实施方案中聚焦光学系统8的性质。表格2显示该实施方案中聚焦光学系统8的数据(R，D，和N)。表格3显示该实施方案的非球面形状。
[表格1]
    激光功率     E     5     (mW)
    发光点的数目     N     2
    发光点之间的间隔     d1     90     (μm)
    使用的波长     λ     790     (nm)
    主扫描方向上的入射F值     Fm     14     -
    副扫描方向上的入射F值     Fs     3.4     -
    主扫描方向上偏转表面7的宽度     W     2.85     (mm)
    主扫描方向上的有效光束宽度     Wo     5.06     (mm)
    外切光学多面体6的圆的直径     φ1     7.45     (mm)
    在光学多面体6中内切的圆的直径     φ2     6.88     (mm)
    副扫描横截面中的倾斜入射角     θ     3     (度)
    偏转表面7的数目     M     8     (表面)
    扫描效率     Du     90     (％)
    最大扫描角     ±α     40.5     (度)
    副扫描方向上聚焦光学系统8的放大率     βs     2     (倍)
    有效扫描宽度     2Yo     214     (mm)
    主扫描方向上聚焦点的直径     ρm     60     (μm)
    副扫描方向上聚焦点的直径     ρs     70     (μm)
[表格2]
  表面   R     D     N
    半导体激光器1的发光点   第一表面     6.59     1
    柱面透镜2   第二表面   ∞     5     1.762
  第三表面   表格3     24.64     1
    准直透镜4   第四表面   ∞     5     1.524
  第五表面   -45.05     66.97     1
    G1透镜8a   第六表面   表格3     6     1.524
  第七表面   表格3     14.88     1
    光学多面体6的偏转表面7   第八表面   ∞     14.88     1
    G1透镜8a   第九表面   表格3     6     1.524
  第十表面   表格3     43.33     1
    G2透镜8b   第十一表面   表格3     4     1.524
  第十二表面   表格3     114.45     1
    待扫描表面10   第十三表面   ∞
[表格3]
                        入射光学系统
    柱面透镜2                  G1透镜8a
    第三表面     第六表面     第七表面
  母线的形状     R     ∞     2.30E+01     3.22E+01
    K     0     -1.07E+00     5.94E-01
    B4     0     -4.65E-06     -2.00E-05
    B6     0     -1.68E-08     -7.74E-09
    B8     0     4.82E-11     1.05E-10
    B10     0     -1.79E-14     -1.74E-13
  与母线垂直的线的形状     r     -7.18E+00     5.00E+02     5.00E+02
    D2     0     0     0
    D4     0     0     0
    D6     0     0     0
    D8     0     0     0
    D10     0     0     0
                          聚焦光学系统
             G1透镜8a                 G2透镜8b
    第九表面   第十表面     第十一表面   第十二表面
  母线的形状     R     -3.22E+01   -2.30E+01     -3.53E+02   1.96E+03
    K     5.94E-01   -1.07E+00     -9.47E+01   -1.41E+04
    B4     2.00E-05   4.65E-06     3.80E-07   -1.35E-06
    B6     7.74E-09   1.68E-08     -4.35E-10   3.51E-10
    B8     -1.05E-10   -4.82E-11     1.19E-13   -1.41E-13
    B10     1.74E-13   1.79E-14     -6.73E-18   2.84E-17
  与母线垂直的线的形状     r     -5.00E+02   -5.00E+02     -3.15E+02   -1.90E+01
    D2     0   0     -8.48E-04   1.81E-04
    D4     0   0     1.28E-06   -6.80E-08
    D6     0   0     1.18E-10   4.28E-11
    D8     0   0     -9.85E-13   2.57E-15
    D10     0   0     6.89E-16   -5.80E-18
[表格4]
                             入射光学系统
       柱面透镜2        准直透镜4             G1透镜8a
    表面号  2  3  4  5  7  8
    Ui  -1  1  -1  1  -1  1
ni 1.762 1.762 1.524 1.524 1.524 1.524
    上光线通过的位置(相对于母线方向上的光轴) -0.24 -0.34 -1.22 -1.34 -2.70 -2.54
ai 0 0 0 3.0E-02 -1.2E-01 -7.8E-02
    主光线通过的位置(相对于母线方向上的光轴) -0.11 -0.16 -0.58 -0.60 -1.28 -1.20
    bi  0  0  0  1.3E-02  -5.6E-02  -3.7E-02
    下光线通过的位置(相对于母线方向上的光轴) 0.01 0.02 0.06 0.13 0.14 0.13
ci 0 0 0 -2.9E-03 6.2E-03 4.2E-03
    Ui(ni-1)×{|ai-bi|-|bi-ci|}  0.0E+00  0.0E+00  0.0E+00  5.6E-06  1.4E-04  -3.2E-04
                             A＝-1.8E-04
                          聚焦光学系统
           G1透镜8a            G2透镜8b
    表面号     9     10     11     12
    Ui     -1     1     -1     1
ni 1.524 1.524 1.524 1.524
    上光线通过的位置(相对于母线方向上的光轴) -13.83 -16.02 -41.79 -43.05
ai 3.2E-01 6.0E-01 1.1E-01 2.8E-01
    主光线通过的位置(相对于母线方向上的光轴) -12.44 -14.77 -40.34 -41.69
    bi     3.0E-01     5.6E-01     1.1E-01     2.6E-01
    下光线通过的位置(相对于母线方向上的光轴) -11.03 -13.49 -38.87 -40.30
ci 2.8E-01 5.2E-01 1.0E-01 2.4E-01
    Ui(ni-1)×{|ai-bi|-|bi-ci|}     -1.9E-04     3.6E-04     5.1E-04     -4.3E-04
                            B＝2.4E-04
非球面表面由下面的公式定义。
透镜的曲面与其光轴的交叉点定义为原点。光轴方向定义为x轴。在主扫描横截面中与光轴垂直的轴定义为y轴。在副扫描横截面中与光轴垂直的轴定义为z轴。母线定义为xy平面与曲面的切割线，并且与母线垂直的线定义为xz平面与曲面的切割线。
母线的形状由公式(1)表示：
[公式1]
X = Y 2 / R 1 + 1 - ( 1 + K ) × ( Y / R ) 2 + B 4 Y 4 + B 6 Y 6 + B 8 Y 8 + B 10 Y 10 - - - ( 1 )
其中R是弯曲部分的半径；并且K，B4，B6，B8和B10是母线的非球面表面系数。
与母线垂直的线的形状由公式(2)表示：
[公式2]
S = Z 2 / r ′ 1 + ( 1 - ( Z / r ′ ) 2 - - - ( 2 )
与母线垂直的线的弯曲部分的半径r′，其随着Y的值而变化，由公式(3)表示：
[公式3]
r′＝r0×(1+D2Y2+D4Y4+D6Y6+D8Y8+D10Y10)    (3)
其中r0是与母线垂直的线的弯曲部分在光轴上的半径；并且D2，D4，D6，D8，和D10是系数。
第二实施方案
图6是根据本发明第二实施方案的光学扫描器的主要部分在主扫描方向上的横截面视图(主扫描横截面视图)。图7是图6中的光学扫描器的主要部分在副扫描方向上的横截面视图(副扫描横截面视图)。在图6和7中，与图1和2中相同的参考数字表示相同的组件。
第二实施方案不同于第一实施方案在于，在入射光学系统5中准直透镜4位置比副扫描柱面透镜2更接近光源1，入射光学系统5还包括校正透镜64，以及聚焦光学系统8由单个复曲面透镜8组成。在主扫描横截面中，复曲面透镜8的光进入表面是平坦的，而其光退出表面是具有正面能力的非弧形。在副扫描横截面中，复曲面透镜8的光进入表面是具有负面能力的弧形，而其光退出表面是具有正面能力的弧形。另一个差别是单通道结构的使用，其中仅由光学多面体6的任何偏转表面7反射的光束通过复曲面透镜8，也就是，其中在光学多面体6的偏转表面7上入射的光束不通过复曲面透镜8。其他结构和光学操作基本上与第一实施方案中相同，因此相同的效果可以获得。使用单个复曲面透镜8，该光学扫描器可以校正主扫描方向上的像场弯曲，提供极好的fθ特性，并且校正副扫描方向上的像场弯曲和表面倾斜(偏转表面7共轭到光敏鼓表面10)。
图6中校正透镜64的光退出表面在主扫描横截面中具有非弧形而在副扫描横截面中是平坦的，使得波前像差在所有图像高度处在与聚焦光学系统8中发生的彗形像差方向相反的方向上发生。
在该实施方案中，聚焦光学系统8难以完全抑制在所有图像高度处在聚焦光学系统8自身中发生的彗形像差，因为聚焦光学系统8由单个复曲面透镜组成。
因此，在该实施方案中，校正透镜64提供在入射光学系统5中，使得在入射光学系统5中波前像差在与聚焦光学系统8中发生的波前像差方向相反的方向上发生，以抑制彗形像差和像场弯曲。
图8A，8B和8C显示在该实施方案中分别由入射光学系统5、聚焦光学系统8和整个系统在图像高度Y＝-107mm处在主扫描方向上引起的波前像差。
在图8A和8B中，波前像差在入射光学系统5中在与聚焦光学系统8中发生的波前像差方向相反的方向上发生。在图8C中，这些波前像差彼此抵消，使得整个系统中的波前像差极好地校正。
也就是，在该实施方案中，具有非球面表面的校正透镜64提供在入射光学系统5中，使得像差在入射光学系统5中发生以便抵消在所有图像高度处在聚焦光学系统8中发生的彗形像差，从而提供极好的点。
另外，在图8A和8B中，校正透镜64被形成，使得在最大图像高度Y＝-107mm处在入射光学系统5中发生的波前像差在与聚焦光学系统8中发生的波前像差的弯曲方向相反的方向上弯曲。在图8C中，聚焦光学系统8中波前像差的弯曲由相反方向上的波前像差抵消，因此整个系统中的波前像差的弯曲充分地抑制。
聚焦光学系统8中的波前像差的弯曲也在所有其他图像高度处抵消，与在最大图像高度Y＝-107mm的情况中一样，从而整个系统中的波前像差的弯曲充分地抑制。因此整个系统可以充分减小因所有图像高度处波前像差的弯曲而引起的焦点位置的偏差，以将因待扫描表面10上波前像差的弯曲而引起的像场弯曲抑制到可接受水平。
如果聚焦光学系统8中发生的彗形像差在入射光学系统5中抵消，入射光学系统5中校正透镜64的非弧形透镜表面(主扫描横截面中)上在最大图像高度(Y＝-107mm)处入射的光束通过的区域B(主扫描方向上的宽度)在主扫描横截面中必须比在聚焦光学系统8中引起彗形像差的透镜表面上在最大图像高度(Y＝-107mm)处入射的光束通过的区域A(主扫描方向上的宽度)宽。如果区域B(主扫描方向上的宽度)不宽，非弧形透镜表面(主扫描横截面中)必须形成复杂的形状以便校正彗形像差。结果，非弧形透镜表面(主扫描横截面中)易于变得更难以形成。
因此，根据该实施方案，在入射光学系统5中提供的校正透镜64的非弧形透镜表面(主扫描横截面中)上在最大图像高度(Y＝-107mm)处入射的光束通过的区域B的宽度W3(主扫描方向上)被调节成在聚焦光学系统8中引起彗形像差的透镜表面上光束通过的区域A的宽度W4(主扫描方向上)的至少1.8倍。因此，波前像差可以极好地校正而没有形成校正透镜64的非弧形透镜表面(主扫描横截面中)的增加难度。
该实施方案中的具体值在下面描述。在该实施方案中，对于在最大图像高度(Y＝-107mm)上入射的光束，校正透镜64的第二表面(光退出表面)上光束通过的区域的宽度，也就是W3，是2.63mm。聚焦光学系统8中复曲面透镜8的第二表面(光退出表面)上光束通过的区域的宽度，也就是W4，是1.30mm。因此，校正透镜64的非弧形表面(主扫描横截面中)上光束的宽度W3大于在聚焦光学系统8中引起彗形像差的透镜表面上光束的宽度W4，也就是W3/W4＝2.02，使得彗形像差极好地校正。
在该实施方案，校正透镜64的仅第二表面(光退出表面)在主扫描横截面中具有非弧形。对于主扫描横截面中除了非弧形第二表面(光退出表面)之外的非弧形第一表面(光进入表面)，与上面相同的效果可以通过调节W3/W4的比值为1.8或更多来实现，其中W3定义为各个透镜表面上光束通过的区域的宽度中的最高值。因此，像差可以极好地校正，从而极好的点可以获得。
另外，在该实施方案中，复曲面透镜8的仅第二表面(光退出表面)在聚焦光学系统8中引起彗形像差。对于在聚焦光学系统8中引起彗形像差的多个透镜表面，与上面相同的效果可以通过调节W3/W4的比值为1.8或更多来实现，其中W4定义为各个透镜表面上光束通过的区域的宽度中的最高值。因此，彗形像差可以极好地校正，从而极好的点可以获得。
聚焦光学系统8中的最大彗形像差易于在最大图像高度处发生；因此，通过调节最大图像高度处W3/W4的比值为1.8或更多，像差可以不仅在最大图像高度而且在中间图像高度处极好地校正。
虽然在该实施方案中校正透镜64由在主扫描横截面中具有非弧形的非球面透镜组成，其结构并不局限于该方案；例如，校正透镜64也可以由多个非球面透镜组成。另外，虽然在该实施方案中使用单通道结构，使用的结构并不局限于单通道结构；例如，双通道结构可以使用。此外，虽然在该实施方案中聚焦光学系统8由单个复曲面透镜组成，其结构并不局限于该方案；例如，聚焦光学系统8可以由多个透镜组成。在这种情况下，足够的效果可以获得，如果像差在聚焦光学系统8中发生。
虽然在第一和第二实施方案中在主扫描横截面中光束从其正面照射在光学多面体6上(正面入射)，入射角并不局限于直角；它可以代替地是斜角。另外，在第一和第二实施方案中，聚焦光学系统8包括在主扫描横截面中具有非弧形的复曲面透镜，并且在主扫描横截面中具有非弧形的校正透镜64可以提供在入射光学系统5中。
第三实施方案
图16是根据本发明第三实施方案的光学扫描器的主要部分在主扫描方向上的横截面视图(主扫描横截面视图)。图17是图16中的光学扫描器的主要部分在副扫描方向上的横截面视图(副扫描横截面视图)。在图17中，用于使得光束照射在图16中的光学多面体6上的射束折叠镜15没有显示。在图16和17中，与图1和2中相同的参考数字表示相同的组件。
第三实施方案不同于第一实施方案在于，入射光学系统5中的主扫描方向上入射侧上的F值低于第一实施方案中，也就是7，聚焦光学系统8由单个复曲面透镜8组成，以及由光学多面体6反射和偏转的光束调节成微弱会聚的光束以减小主扫描横截面中复曲面透镜8的厚度。在主扫描横截面中，复曲面透镜8的光进入表面和光退出表面都具有非弧形。在副扫描横截面中，复曲面透镜8的光进入表面是具有负面能力的弧形，而其光退出表面是具有正面能力的弧形。另一个差别是单通道结构的使用，其中仅由光学多面体6的任何偏转表面7反射的光束通过复曲面透镜8，也就是，其中在光学多面体6的偏转表面7上入射的光束不通过复曲面透镜8。其他结构和光学操作基本上与第一实施方案中相同，因此相同的效果可以获得。
表格5显示该实施方案中聚焦光学系统8的性质。表格6显示该实施方案中聚焦光学系统8的数据(R，D和N)。表格7显示该实施方案中的非球面形状。
表格8显示该实施方案中对于在最大图像高度Y＝-107mm处入射的光束通过的各个表面，上面公式(9)～(12)中的各个值。在表格8中，A＝2.3E-4，B＝-3.6E-4，从而B/A＝-1.55＜0，意味着公式(9)满足。另外，透镜表面的形状被调节使得公式(10′)满足。也就是，因为ρm＝0.06mm且f＝151.4mm，f·|A+B|＝0.019＜ρm＝0.060(mm)。
在该实施方案中A是正值且B是负值，而在第一实施方案中A是负值且B是正值。然而，因为透镜形状被调节使得公式(9)～(12)满足，与在第一实施方案中一样，由光学扫描器中的整个光学系统(入射光学系统5和聚焦光学系统8)在波前像差的相位形状中引起的、以光束主光线作为中心轴的不对称分量H′(＝A+B)可以减小以实现具有极好形状的聚焦点。
[表格5]
    激光功率   E   5     (mW)
    发光点的数目   N   2
    发光点之间的间隔   d1   90     (μm)
    使用的波长   λ   790     (nm)
    主扫描方向上的入射F值   Fm   7     -
    副扫描方向上的入射F值   Fs   6.4     -
    柱面透镜2的焦距   fs   10.01     (mm)
    准直透镜4的焦距   Fcol   39.18     (mm)
    入射光学系统5的全长   Lo   115.1     (mm)
    主扫描方向上偏转表面7的宽度   W   2.85     (mm)
    主扫描方向上的有效光束宽度   Wo   5.02     (mm)
    外切光学多面体6的圆的直径   φ1   7.4     (mm)
    在光学多面体6中内切的圆的直径   φ2   6.84     (mm)
    光学多面体6的偏转表面7的数目   M   8     (表面)
    扫描效率   Du   90     (％)
    最大扫描角   ±α   40.5     (度)
    副扫描方向上聚焦光学系统8的放大率   βs   2     (倍)
    有效扫描宽度   2Yo   214     (mm)
    主扫描方向上聚焦点的直径   ρm   60     (μm)
    副扫描方向上聚焦点的直径   ρs   70     (μm)
    自然收敛点(光学多面体6到收敛点)   L0   302.3     (mm)
[表格6]
    表面     R     D     N
    半导体激光器1的发光点     第一表面     5.29     1
    柱面透镜2     第二表面     ∞     5     1.762
    第三表面     表格7     32.80     1
    准直透镜4     第四表面     ∞     5     1.762
    第五表面     -29.86     66.97     1
    光学多面体6的偏转表面7     第六表面     ∞     44.45     1
    复曲面透镜8     第七表面     表格7     10.7     1.522
    第八表面     表格7     119.47     1
    待扫描表面10     第九表面     ∞
[表格7]
    入射光学系统                聚焦光学系统
    柱面透镜2                复曲面透镜8
    第三表面     第七表面     第八表面
  母线的形状     R     ∞     7.7956E+01     1.6946E+02
    K     0     -7.2950E+00     -2.1925E+00
    B4     0     -1.8300E-06     -2.6462E-06
    B6     0     7.0718E-10     7.2982E-10
    B8     0     -1.4905E-13     -1.4716E-13
    B10     0     1.5955E-17     1.7906E-17
  与母线垂直的线的形状     r     -7.33E+00     -1.781E+01     -1.124E+01
    D2     0     1.289E-03     4.824E-04
    D4     0     6.317E-07     -9.092E-08
    D6     0     9.189E-11     2.427E-11
    D8     0     -8.188E-15     6.829E-15
    D10     0     7.301E-17     -2.906E-18
[表格8]
                 入射光学系统        聚焦光学系统
      柱面透镜2         准直透镜4        复曲面透镜8
   表面号  2  3  4  5  7  8
   Ui  -1  1  -1  1  -1  1
   ni  1.762  1.762  1.524  1.524  1.524  1.524
   上光线通过的位置(相对于母线方向上的光轴) -0.38 -0.58 -2.91 -3.10 -45.60 -47.06
ai 0 0 0 0.104 -0.119 0.226
   主光线通过的位置(相对于母线方向上的光轴) -0.18 -0.27 -1.37 -1.46 -44.11 -45.74
   bi  0  0  0  0.049  -0.120  0.214
   下光线通过的位置(相对于母线方向上的光轴) 0.02 0.03 0.17 0.18 -42.58 -44.38
ci 0 0 0 -0.006 -0.122 0.199
   Ui(ni-1)×{|ai-bi|-|bi-ci|}  0.0E+00  0.0E+00  0.0E+00  2.3E-04  7.4E-04  -1.1E-03
                       A＝2.3E-04          B＝-3.6E-04
[成像装置]
图9是根据本发明实施方案的成像装置的主要部分在副扫描方向上的横截面视图。在图9中，外部设备117，例如个人计算机，输入代码数据Dc到成像装置104。装置104中的打印机控制器111将代码数据Dc转换成图像数据(点数据)Di，其然后输入到具有第一或第二实施方案中所示结构的光学扫描器100。光学扫描器100发出根据图像数据Di调制的光束103以在主扫描方向上扫描作为承载静电潜像的元件(光敏元件)的光敏鼓101的光敏表面。
马达115顺时针方向旋转光敏鼓101以在副扫描方向上，其是垂直于主扫描方向的方向，相对于光束103移动其光敏表面。带电辊102在光敏鼓101的上端与其光敏表面接触，以使光敏表面均匀地带电。带电辊102使其带电的光敏表面由从光学扫描器100发出的光束103扫描。
如上所述根据图像数据Di调制的光束103扫描光敏表面以在其上形成静电潜像。静电潜像由在光敏鼓101旋转方向上光束103的扫描位置下游与光敏鼓101接触的显影单元107显影成调色剂图像。
由显影单元107显影的调色剂图像由在光敏鼓101的下端提供使得它们彼此相对的转印辊108转印到作为转印材料的纸张112。纸张112存储在提供在光敏鼓101前面的纸盒109中(图9中右侧)，虽然它们也可以手工地供给。进料辊110提供在纸盒109的端部以将纸张112供给到运载线中。
具有未定影调色剂图像的纸张112然后运载到位于光敏鼓101后部的定影单元(图9中左侧)。定影单元包括具有内部定影加热器(没有显示)的定影辊113和压辊114。定影辊113和压辊114形成辊隙。从转印辊108运载的纸张112在定影辊113与压辊114之间的辊隙处压制和加热以定影纸张112上的未定影调色剂图像。具有定影图像的纸张112由排出辊116从成像装置104中排出到定影辊113的后面。
打印机控制器111不仅如上所述转换数据，而且控制成像装置104中的各个单元，例如马达115和光学扫描器100中的光学多面体的马达，虽然控制功能没有在图9中显示。
在本发明中使用的成像装置的记录密度不特别地限制。但是，本发明的第一和第二实施方案对于记录密度为1,200dpi或更多的成像装置具有更显著的效果，记住更高的图像质量因增加的记录密度而需要。
[彩色成像装置]
图10是根据本发明实施方案的彩色成像装置的主要部分的横截面视图。该彩色成像装置是四个光学扫描器串联排列以将图像信息记录在作为图像承载元件的光敏鼓表面上的串联式装置。在图10中，彩色成像装置60包括具有第一或第二实施方案中所示结构的光学扫描器11，12，13和14，作为图像承载元件的光敏鼓21，22，23和24，显影单元31，32，33和34，以及运载带51。
在图10中，外部设备52，例如个人计算机，将与R(红)，G(绿)和B(蓝)相对应的彩色信号输入到彩色成像装置60。装置60中的打印机控制器53将彩色信号转换成与C(青)，M(品红)，Y(黄)和B(黑)相对应的图像数据(点数据)。图像数据然后输入到光学扫描器11，12，13和14，其发出根据图像数据调制的光束41，42，43和44以在主扫描方向上分别扫描光敏鼓21，22，23和24的光面表面。
在该实施方案中的彩色成像装置60中，光学扫描器11，12，13和14串联排列并且分别对应于C(青)，M(品红)，Y(黄)，和B(黑)。光学扫描器11，12，13和14将图像信号(图像信息)分别记录在光敏鼓21，22，23和24的表面上，以便以高速打印彩色图像。
如上所述，在该实施方案中的彩色成像装置60中，光学扫描器11，12，13和14根据图像数据分别发出光束41，42，43和44，以在相应的光敏鼓21，22，23和24上形成各个颜色的潜像。图像在记录材料上叠加以形成全彩图像。
使用的外部设备52可以是例如具有CCD传感器的彩色图像读取器；在这种情况下，彩色图像记录器和彩色成像装置60构成彩色数字复印机。
虽然本发明已经参考示范实施方案而描述，应当理解，本发明并不局限于公开的示范实施方案。下面权利要求的范围将与最广泛解释一致以便包括所有修改、等效结构和功能。

Claims (10)

1.一种光学扫描器，包括：
发出光束的光源；
光束照射在上面的光偏转器；
入射光学系统，其允许光束照射在光偏转器上使得在光偏转器上入射的光束在主扫描方向上的宽度大于光偏转器的每个偏转表面在主扫描方向上的宽度；以及
聚焦光学系统，其将由光偏转器偏转的光束导向待扫描表面，
其中在主扫描横截面中具有非弧形的一个或多个光学表面在至少入射光学系统或聚焦光学系统中提供，使得像差的第一方向与像差的第二方向相反，
第一方向是光束的主光线与光束的边缘光线之间波前像差在主扫描方向上相位差的方向，当最大图像高度处在待扫描表面上入射的光束通过入射光学系统时，相位差发生，
第二方向是光束的主光线与光束的边缘光线之间波前像差在主扫描方向上另一个相位差的方向，当最大图像高度处在待扫描表面上入射的光束通过聚焦光学系统时，相位差发生。
2.根据权利要求1的光学扫描器，其中当在最大图像高度处在待扫描表面上入射的光束通过入射光学系统时发生的波前像差的相位形状在主扫描方向上以光束主光线作为相位形状中心而不对称。
3.根据权利要求1的光学扫描器，其中当在最大图像高度处在待扫描表面上入射的光束通过聚焦光学系统时发生的波前像差的相位形状在主扫描方向上以光束主光线作为相位形状中心而不对称。
4.根据权利要求1的光学扫描器，
其中在主扫描横截面中具有非弧形的该一个或多个光学表面在聚焦光学系统中提供；以及
在聚焦光学系统中提供的、在主扫描横截面中具有非弧形的光学表面上在最大图像高度处入射的光束的宽度中在主扫描方向上的最大宽度(W1)与在入射光学系统中提供的、在主扫描横截面中具有弧形的一个或多个光学表面上在最大图像高度处入射的光束的宽度中在主扫描方向上的最大宽度(W2)满足W1/W2≥1.8。
5.根据权利要求1的光学扫描器，
其中在主扫描横截面中具有非弧形的该一个或多个光学表面在入射光学系统中提供；以及
在入射光学系统中提供的、在主扫描横截面中具有非弧形的光学表面上在最大图像高度处入射的光束的宽度中在主扫描方向上的最大宽度(W3)与在聚焦光学系统中提供的一个或多个光学表面上在最大图像高度处入射的光束的宽度中在主扫描方向上的最大宽度(W4)满足W3/W4≥1.8。
6.根据权利要求1的光学扫描器，其中，当入射光学系统具有m个光学表面(m≥1)，聚焦光学系统具有p个光学表面(p≥1)，入射光学系统中的光学表面是从光源侧开始第一到第m个表面，并且聚焦光学系统中的光学表面是从光偏转器侧开始第(m+1)个到第(p+m+1)个表面时，下面的公式满足：
f×|A+B|≤ρm
A = Σ i = 1 m [ Ui × ( ni - 1 ) × { | ai - bi | - | bi - ci | } ]
B = Σ i = m + 1 p + m + 1 [ Ui × ( ni - 1 ) × { | ai - bi | - | bi - ci | } ]
其中
B/A＜0；
Ui是对于光进入透明光学表面为-1而对于光退出透明光学表面或及射光学表面为+1的系数；
ni是对于透明光学表面等于玻璃的折射率而对于反射光学表面为2的系数；
ai是主扫描横截面中在最大图像高度处入射的光束中与光学表面的端部相邻的边缘光线通过的位置的第i个光学表面相对于光学表面的光轴的梯度dX/dY；
bi是主扫描横截面中在最大图像高度处入射的光束的主光线通过的位置的第i个光学表面相对于光学表面的光轴的梯度dX/dY；
ci是主扫描横截面中在最大图像高度处入射的光束中与光学表面的光轴相邻的边缘光线通过的位置的第i个光学表面相对于光学表面的光轴的梯度dX/dY；
f是聚焦光学系统的焦距(mm)；以及
ρm是待扫描表面上的聚焦点在主扫描方向上的直径(mm)。
7.一种成像装置，包括：
根据权利要求1的光学扫描器；
具有待扫描表面的光敏元件；
显影单元，其显影由从光学扫描器发出的光束在光敏元件上形成的静电潜像以形成调色剂图像；
转印单元，用于将显影的调色剂图像转印到转印材料；以及
定影单元，用于定影转印材料上的转印的调色剂图像。
8.一种成像装置，包括：
根据权利要求1的光学扫描器；以及
打印机控制器，其将从外部设备输入的代码数据转换成图像信号并且输入图像信号到光学扫描器。
9.一种彩色成像装置，包括：
多个根据权利要求1的光学扫描器；以及
图像承载元件，用于形成具有不同颜色的图像，每个具有待扫描表面。
10.根据权利要求9的彩色成像装置，还包括打印机控制器，用于将从外部设备输入的彩色信号转换成与不同颜色相对应的图像数据并且输入图像数据到光学扫描器。
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