CN1949022A - 光学扫描装置和使用它的图像形成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种光学扫描装置，包括光源和用于执行光源的光功率控制的结构，该结构包括建立主扫描平面中偏转单元的偏转表面与光功率检测器的光接收表面之间的光学共轭关系的光功率检测光学单元。因此，光功率检测光学单元上光束的存储时间增加，并且因由光源产生的热量和环境变化而引起的由光源发射的光功率的变化精确地检测。

Description

光学扫描装置和使用它的图像形成装置
技术领域
本发明涉及一种适用于在执行电子照相处理的激光束打印机、数字复印机、多功能打印机等中使用的光学扫描装置，以及包括该光学扫描装置的图像形成装置。
背景技术
在激光束打印机、复印机等的常规光学扫描装置中，根据图像信号光学调制的光束从光源发出，由旋转多面镜周期性地偏转和扫描，并且导向记录介质(感光鼓)的表面。
由多面镜的偏转表面偏转并扫描的光束由fθ透镜而引起在感光记录介质(感光鼓)的表面上形成光点。因此，图像记录通过光学扫描记录介质的表面而执行。
图10是说明常规光学扫描装置的主要部分的示意图。
参考图10，发散光束从光源1发出并且由准直透镜2对准。然后，在光束宽度由光圈3限制之后，准直光束入射到仅在副扫描方向上具有预先确定折光力的柱面透镜4上。
在柱面透镜4上入射的准直光束退出柱面透镜4而在主扫描横截面(平面)没有改变。
光束在副扫描横截面(平面)中会聚，从而在多面镜5的偏转表面(反射表面)5a上形成线图像。
光束由多面镜5的偏转表面5a偏转和扫描并且通过fθ透镜6导向用作待扫描表面的感光鼓表面8。多面镜5在由箭头A所示的方向上旋转，使得感光鼓表面8在图中所示方向上光学扫描并且图像信息记录在其上(参考例如日本专利申请公开04-321370号以及日本专利申请公开2002-40350号)。
通常，能够直接调制的半导体激光器用作光学扫描装置的光源。
从半导体激光器发出的光的功率依赖于从半导体激光器自身发出的热量以及环境变化(例如，环境温度变化)而改变。
因此，通常，不断地检测发出光的功率并且执行自动功率控制，使得从光源的发光部分发出的光束的功率总是维持恒定。
半导体激光器的各种自动功率控制方法被建议并实行。
例如，在最常使用的第一种方法中，在与图像描绘光束发出的方向相反的方向上从半导体激光器发出的后光束(也就是，从半导体衬底的后侧发出的光束)被检测并用于光功率控制。
图像描绘光束是用于在感光鼓表面上的图像有效区中形成点的光束。
根据第一种方法，用作光功率检测器的光电传感器可以安装在激光源的封装中。因此，总体尺寸相对小并且光源的光功率控制可以容易地执行。
但是，因为除图像描绘光束之外的光束由光电传感器监控并且由于光源发出的热量的影响显著，执行高精度光功率控制(自动功率控制)是困难的。
另外，将第一种方法应用于不发出后光束的光源例如垂直腔表面发射激光器(VCSEL)是困难的。
另一方面，最近垂直腔表面发射激光器已经作为光学扫描装置的光源引起注意。与常规边沿发射激光器相比较，垂直腔表面发射激光器其特征在于发光点的数目可以显著地增加，二维平行集成是可能的，并且发光点的布局容易。
在垂直腔表面发射激光器中，光在与半导体衬底垂直的方向上发出。因此，后光束基本上不发射并且使用利用后光束的光功率控制方法是困难的。
日本专利申请公开04-321370号公开了第二种方法，其中光功率控制使用从半导体激光器发出的由孔径光圈阻挡的光束的一部分而执行。
根据在日本专利申请公开04-321370号中讨论的方法，光功率控制(自动功率控制)可以执行而不受从光源发出的热量所影响。
但是，随着图像描绘光束的利用率增加，可以用于自动功率控制的光的功率与利用率成反比地减小。
另外，虽然用于自动功率控制的光不是在第一种方法中使用的后光束，与实践中的图像描绘光束不同的阻挡光束被使用，并且执行高精度光功率控制仍然是困难的。
日本专利申请公开2002-40350号讨论了第三种方法，其中光功率控制(自动功率控制)通过使用半透半反镜分离从光源行进到偏转单元的光束的一部分，并且将分离的部分导向光接收元件(光电传感器)。
根据在日本专利申请公开2002-40350号中讨论的方法，使用实际图像描绘光束的一部分。因此，高精度自动功率控制可以执行。
但是，因为图像描绘光束的一部分被分离，图像描绘光束的功率损耗发生。
另外，昂贵的光学元件，例如半透半反镜为分离图像描绘光束的一部分所需。
特别地，当使用上述垂直腔表面发射激光器时，与使用边沿发射激光器的情况相比较，高功率光发射基本上是困难的。因此，当图像描绘光束的一部分被分离并且由光接收元件检测时引起的图像描绘光束的功率损耗是一个严重的问题。
边沿发射激光器的输出通常是几十毫瓦，然而垂直腔表面发射激光器的输出通常少于几毫瓦。因此，当使用垂直腔表面发射激光器时，图像描绘光束的功率损耗是一个严重的问题。
发明内容
考虑到上述情况，本发明提供一种便宜且简单的自动功率控制方法，光功率控制可以使用该方法执行而不引起图像描绘光束的功率损耗。
根据本发明的至少一种实施方案，光功率控制使用实际使用的图像描绘光束而执行，使得作为低输出光源的垂直腔表面发射激光器可以使用。
另外，根据本发明的至少一种实施方案，光功率控制使用实际使用的图像描绘光束执行，使得高精度光功率控制可以执行。因此，可以获得高速、高分辨率光学扫描装置和图像形成装置，并且其尺寸和成本可以减小。
根据本发明的第一方面，提供一种光学扫描装置，包括：发射光束的光源；具有偏转并扫描从光源发射的光束的偏转表面的偏转单元；检测由偏转单元的偏转表面偏转并扫描的光束强度的光功率检测器；将由偏转单元的偏转表面偏转并扫描的光束聚焦到待扫描表面上的成像光学单元；用于将由偏转单元的偏转表面偏转并扫描的光束导向光功率检测器的光功率检测光学单元；以及基于从光功率检测器获得的信号控制从光源发射的光束强度的自动功率控制器。
根据本发明的第一方面，光功率检测光学单元建立主扫描平面中偏转单元的偏转表面与光功率检测器的光接收表面之间的光学共轭关系。
因此，光功率检测光学单元上光束的存储时间增加，并且因由光源产生的热量和环境变化而引起的由光源发射的光功率的变化精确地检测。
结果，从光源的发光部分发射的光的功率可以维持恒定。
本发明的其它特征将从下面参考附图对示例实施方案的描述中变得明白。
附图说明
图1是根据本发明第一实施方案的光学扫描装置的主扫描横截面视图。
图2是包括在根据本发明第一实施方案的光学扫描装置中的入射光学单元和光功率检测器的主扫描横截面视图。
图3是包括在根据本发明第一实施方案的光学扫描装置中的入射光学单元和光功率检测器的副扫描横截面视图。
图4是说明根据本发明第一实施方案光功率检测器上的光束响应偏转单元的旋转而移动的方式的图。
图5是说明根据本发明第一实施方案同步检测器上的光束响应偏转单元的旋转而移动的方式的图。
图6说明根据本发明第三实施方案的图像形成装置。
图7是包括在根据本发明第二实施方案的光学扫描装置中的入射光学单元和光功率检测器的主扫描横截面视图。
图8是包括在根据本发明第二实施方案的光学扫描装置中的入射光学单元和光功率检测器的副扫描横截面视图。
图9是说明根据本发明第二实施方案光功率检测器上的光束响应偏转单元的旋转而移动的方式的图。
图10是常规光学扫描装置的透视图。
图11是根据本发明第二实施方案的光学扫描装置的主扫描横截面视图。
图12是根据本发明第一实施方案的光功率检测的时序图。
具体实施方式
首先，将描述根据本发明实施方案的自动功率控制(APC)的定义。
自动功率控制(光功率控制)被执行以相对于温度变化稳定光束(激光束)的输出，其用于光栅扫描感光鼓表面以形成静电潜像。光束(激光束)从光源的发光元件输出并且由光功率检测器检测(例如，当每次水平扫描时)，从而获得的输出信号反馈到激光驱动电路。因此，光束(激光束)的强度(光功率)被控制，使得光束(激光束)的输出在预先确定的设置值维持恒定(参看例如日本专利申请公开05-30314号)。
第一实施方案
图1是沿着根据本发明第一实施方案的光学扫描装置的主扫描方向而获取的横截面视图(以下称作主扫描横截面视图)。
图2是包括在根据第一实施方案的光学扫描装置中的入射光学系统和光功率检测光学系统的主扫描横截面视图。图3是沿着包含在根据第一实施方案的光学扫描装置中的入射光学系统和光功率检测光学系统的副扫描方向而获取的横截面视图(以下称作副扫描横截面视图)。
这里，主扫描方向指与偏转单元的旋转轴垂直的方向(光束扫描的方向)并且副扫描方向指与偏转单元的旋转轴平行的方向(图像载体移动的方向)。
用作光源的半导体激光器1是垂直腔表面发射激光器并且包括四个发光点。
如图1中所示，四个发光部分沿着一行排列，该行相对于主扫描方向(Y方向)和副扫描方向(X方向)成预先确定角度而布置。
为了简单，仅一个光束(激光束)在图1中显示。
从半导体激光器1发出的四个发散光束由共同的准直透镜2转换成四个准直光束，在主扫描方向和副扫描方向上其宽度由光圈3限制之后。
然后，四个光束在仅在副扫描方向上中具有折光力的柱面透镜4上入射并且在副扫描方向上聚焦在用作偏转单元的旋转多面镜5的偏转表面上。在主扫描方向上，准直光束入射在多面镜5的反射表面上而没有变化。
成像光学系统6建立副扫描横截面(平面)中多面镜5的偏转表面与感光鼓表面之间的共轭关系。因此，表面倾斜校正系统提供在根据本实施方案的光学扫描装置中。
用作偏转单元的多面镜5由驱动单元(没有显示)例如马达以恒定的速度在由箭头所示的方向上旋转。
由多面镜5偏转并扫描的四个光束入射在具有fθ特性的成像光学系统6上。
在本实施方案中，成像光学系统6包括由塑料构成的两个复曲面透镜61和62。
在提供fθ特性并且校正主扫描方向和副扫描方向上的场曲率之后，四个光束导向用作待扫描表面的感光鼓表面8。
感光鼓表面8通过在由箭头所示的方向上旋转多面镜5而在+Y方向上光学扫描。
因此，扫描线在感光鼓表面8上形成并且图像记录被执行。
在由用作偏转单元的多面镜5偏转的光束中，朝向图像有效区外部的区域行进的光束部分通过同步检测光学元件71导向同步检测传感器72。
同步检测传感器72输出用于确定写入图像的时序的同步检测信号。
类似地，在由用作偏转单元的多面镜5偏转的光束中，朝向图像有效区外部的区域行进的光束部分通过光功率检测光学元件91导向用作光功率检测器的光功率检测传感器92。
光功率检测传感器92输出用于控制从光源发出的光的功率的信号(自动功率控制)。
因此，根据本发明，光束由偏转单元偏转，然后光源1的光功率控制使用偏转的光束执行。因此，提供有下面的特性。
(1)因为不使用后光束并且检测与实际图像描绘光束等效的光束的功率，高精度光功率控制可以执行，其可以处理因环境变化(例如，环境温度变化)引起的激光特性包括远场图形(FFP)的变化。
(2)因为图像描绘光束的部分不使用分离元件例如半透半反镜分离，对于光功率检测，光功率的损耗不会在光功率检测期间发生。
接下来，将在下面描述根据本实施方案的光源。
如上所述，根据本实施方案的光源是具有彼此相邻排列的四个发光点的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。
在垂直腔表面发射激光器中，光在与半导体衬底垂直的方向上发出。因此，与常规边沿发射激光器相比较，发光点的数目可以显著地增加，二维平行集成是可能的，并且发光点的布局容易。
但是，在表面发射激光器中，从每个发光点发射的光的功率与边沿发射激光器相比较是小的。另外，不像边沿发射激光器，后光束不发射。因此，光功率控制是困难的。
因此，当使用表面发射激光器时，下面的结构在根据本发明的光功率控制方法(自动功率控制方法)中提供。
光功率控制器93(自动功率控制器)和光功率检测光学系统的角色将与同步检测光学系统相比较地描述。
为了执行同步检测，同步检测传感器72可以使用光以高速扫描并且光束可以聚焦在同步检测传感器72上或至少在主扫描方向上位于同步检测传感器72前面的同步检测狭缝73上。
因此，同步检测光学元件71将来自多面镜5的准直光束聚焦在同步检测传感器72上或在主扫描方向上位于同步检测传感器72前面的狭缝73上。
在副扫描方向上，聚焦对于同步检测并不特别重要。因此，同步检测光学元件71的功率被设置，使得来自多面镜的全部发散光入射在同步检测传感器72的光接收表面上。
为了执行光源的光功率控制，光功率检测传感器92的存储时间必须是预先确定的时间或更多，并且光束可以在该期间在光功率检测传感器92上静止不动。
因此，在本实施方案中，光功率检测光学元件91被布置以便建立主扫描方向上多面镜5的偏转表面与光功率检测传感器92的光接收表面之间的共轭关系。
在图2中，实线显示实际光束而虚线显示共轭(成像)关系。
在主扫描方向上，来自用作偏转单元的多面镜5的准直光束由光功率检测光学元件91引起在光功率检测光学元件91与光功率检测传感器92之间的位置会聚，然后以发散光的形式在光功率检测传感器92上入射。
此时，如上所述，共轭关系在主扫描方向上偏转单元的偏转表面与光接收表面之间建立。因此，即使当偏转单元的偏转表面旋转时，入射在光功率检测传感器92上的光束静止不动，除非光束从光功率检测光学元件91移位。
因此，在主扫描方向上，只要光束入射在光功率检测光学元件91上，光束就在光功率检测传感器92的光接收表面上静止不动。
关于副扫描方向，因为发散光束从多面镜5发出，共轭关系在偏转表面与光功率检测传感器92的光接收表面之间建立，并且光束引起在光接收表面上会聚，类似于主扫描方向。
因此，光束在光功率检测传感器92的光接收表面上形成沿着主扫描方向延伸的线图像，类似于多面镜5的偏转表面。
光功率检测传感器92检测其光接收表面上光束的强度(功率)，并且输出强度信号到光功率控制器93(自动功率控制电路)。
然后，光功率控制器93(自动功率控制电路)输出强度校正信号到光源1中的四个发光部分1a，1b，1c和1d，使得从四个发光部分1a，1b，1c和1d发出的光束的强度(功率)维持在预先确定的设置值。
在本实施方案中，柱面透镜4，光功率检测光学元件91和同步检测光学元件71由塑料构成并且通过注塑整体地形成。
另外，半导体激光器1，光功率检测传感器92和同步检测传感器72排列在相同的衬底上。因此，光源的光功率控制可以使用小且便宜的结构执行。光功率检测光学元件也可以与其他组件，例如准直透镜，光圈等整体地形成。
表格1显示沿着从光源经由偏转单元到光功率检测器的光路的结构的光学设计值。
表格1：光学构造
  No.   Ry   Rz   Asph   D   玻璃   N
  光源1的发光表面   1   1.75
  防护玻璃   2   ∞   0.25   bsl7   1.51052
  3   ∞   13.80
  光圈3准直透镜2   4   2.53
  5   ∞   3.00   lab66   1.76167
  6   -15.216   21.27
  柱面透镜4   7   ∞   39.935   3.00   1.52397
  8   ∞   -51.630   42.80
  偏转单元5的偏转表面   9   ∞   42.00
  光功率检测光学元件91   10   11.264   K＝-0.88171   3.20   1.52397
  11   ∞   47.00
  光功率检测传感器92的传感器表面   12
 主扫描方向上成像光学系统6的光轴与入射光学系统的光轴之间的角度   θ   -90度
 主扫描方向上成像光学系统6的光轴与光功率检测光学系统的光轴之间的角度   γ   -76度
光源
  波长   790nm
  发光部分的数目   4(1排×4行)
  发光部分之间的间隔   100μm
根据上述结构，光束在旁轴区域中在光功率检测传感器92上完全静止不动。
但是，当光功率检测光学元件91是球面透镜时，光束因光功率检测光学元件91的球面像差而在主扫描横截面(平面)中轻微移动。
在本实施方案中，为了减小光束的移动，光功率检测光学元件91的入射表面形成为旋转对称非球面，使得球面像差可以被校正。
当光功率检测光学元件91的入射表面与光轴之间的交点是原点，X是光轴方向，并且h是与光轴方向垂直的径向时，入射表面的形状定义如下：
X = h 2 R 1 + 1 - ( 1 + k ) ( h R ) 2
为了实现稳定的光功率检测，主扫描方向上光功率检测传感器92的长度必须大于主扫描方向上光功率检测传感器92上光束的束直径。
当主扫描方向上光束的移动保持在光功率检测传感器92的光接收表面上时，移动量也必须考虑以确定光功率检测传感器92的长度。因此，光功率检测光学元件91的球面像差的校正从光功率检测传感器92尺寸减小的观点也是重要的。
图4说明根据本实施方案光功率检测传感器92上的光束响应多面镜5的旋转而移动的方式。
作为参考，图5显示同步检测传感器72上光束的移动。
在图4和5中，点虚线显示光束的主光线而实线显示主扫描方向上光束的边缘光线。
在图4中，主扫描方向上的两个边缘光线是上光线和下光线。
在图4和5中，水平轴显示光束的偏转角(光功率检测传感器92的位置参考)而垂直轴显示光束的到达位置(光功率检测传感器92的位置参考)。
关于光功率检测传感器92的位置参考，光功率检测光学系统的光轴(光功率检测光学元件91的光轴)设置为主扫描横截面(平面)中光束到达位置的参考(零点)。
在图1中，当光功率检测光学系统的光轴(光功率检测光学元件91的光轴)设置为光束到达位置的参考(零点)时，光束的顺时针移动(光接收表面由光束扫描的方向)定义为负，而光束的逆时针移动(光束在主扫描方向上到达成像光学系统6的方向)定义为正。
在主扫描横截面(平面)中，光学共轭关系在偏转表面与光接收表面之间建立。因此，虽然光束在光接收表面上具有一定宽度，光束在主扫描方向上在光接收表面上的到达位置改变很小，即使当多面镜的偏转角度改变时。
在同步检测光学系统中，光束的主光线和最外光线在主扫描横截面(平面)中在同步检测传感器72的光接收表面上彼此重叠。更具体地，在主扫描横截面(平面)中，光束聚焦在同步检测传感器72的光接收表面上。
但是，在主扫描横截面(平面)中，多面镜5的偏转表面与同步检测传感器72的光接收表面不是光学共轭关系。
因此，随着多面镜5的偏转角度改变，主扫描方向上同步检测传感器72的光接收表面上的光束到达位置极大地改变，当光束入射在同步检测光学元件71上时。
光功率检测光学系统中光功率检测传感器92上的扫描角速度Vapc可以满足下面的表达式：
Vapc＜f/10其中f是光学扫描装置的fθ系数(mm/rad)。
当该参数超过上限时，主扫描方向上光功率检测传感器92的光接收表面的长度增加，并且提供小且便宜的光功率检测光学系统变得困难。
在本实施方案中，Vapc是3.2(mm/rad)并且f是150(mm/rad)。因此，上面的表达式满足。
在本实施方案中，成像光学系统6上入射的光束是准直的。因此，光学扫描装置的fθ系数等于成像光学系统6的焦距。
fθ系数是多面镜5的每个单位偏转角度扫描表面上光束的移动距离，并且表示光学扫描装置的扫描角速度。
主扫描方向上偏转单元的偏转表面与由光功率检测光学元件91提供的光功率检测传感器92的光接收表面之间的成像放大率βam可以满足下面的表达式：
0.05＜|βam|＜1.5
当该参数超过上限时，光功率检测传感器92的光接收表面的大小增加并且提供小且便宜的光功率检测光学系统变得困难。
当参数低于下限时，光功率检测光学系统的Fno减小并且提供光功率检测光学系统的像差校正变得困难。因此，保持光束在光功率检测传感器92上静止不动变得困难。
在本实施方案中，|βam|是1.27。因此，上面的表达式满足。
根据本实施方案，在光学扫描装置中光源的光功率控制(光束强度调节)的结构中，光功率检测光学单元建立偏转单元的偏转表面与光功率检测传感器92的光接收表面之间的光学共轭关系。
因此，当由偏转表面偏转并扫描的光束入射在光功率检测光学元件91上时，入射在光功率检测传感器92的光接收表面上的光束在光接收表面上光学静止不动。
因此，光功率检测器上光束的存储时间可以增加，并且因由光源自身产生的热量和环境变化(例如环境温度变化)而引起的由光源发射的光功率的变化(光束强度变化)可以精确地检测。
因此，从光源的发光部分发射的光束的功率可以维持恒定。
接下来，将描述用于控制多个光束的功率的光功率控制方法。
在上述结构中，光束可以在光功率检测传感器92的光接收表面上保持静止不动的时间局限于由偏转单元偏转的光束入射在光功率检测光学元件91上的时间。
因此，当光源中发光部分的数目增加时，通过在单个扫描周期中分时导通全部发光部分来执行光功率控制变得困难。
因此，在本实施方案中，光功率控制(光束强度调节)通过在每个扫描周期中一次一个地顺序导通四个发光部分而执行。因此，全部发光部分的光功率控制在四个扫描周期之后完成。
更具体地，在本实施方案中，光功率控制(光束强度调节)通过使用多面镜的单个偏转表面在每个扫描周期中一次一个地顺序导通四个发光部分而执行。全部发光部分的光功率控制在多面镜旋转一圈之后完成。
换句话说，光功率调节在每个扫描周期中一次一个地对发光部分顺序执行，使得光源中全部发光部分的光功率调节在多个扫描周期之后完成。
单个扫描周期对应于由多面镜的单个表面执行的扫描处理。
这将参考图12在下面更详细地描述。
图12是为自动功率控制(APC)和同步检测而描绘的扫描线的时序图，以及在感光鼓表面8上图像有效区中描绘的那些。
如图12中所示，在四个扫描线1a，1b，1c和1d使用偏转单元5(四面多面镜)的第一表面描绘在图像有效区中之前，用于控制光源1发光部分的自动功率控制(APC)和同步检测以该次序执行。
当使用偏转单元5(四面多面镜)的第一表面时，仅发射与扫描线1a相对应的光束的发光部分经历自动功率控制(光功率调节)。
在同步检测中，仅与扫描线1a相对应的光束由同步检测传感器72检测。关于与扫描线1b，1c和1d相对应的其他三个光束，主扫描方向上感光鼓表面8上的写入开始位置(写入开始时间)基于通过检测与扫描线1a相对应的光束而获得的同步检测信号来确定。对于与扫描线1a相对应的光束，主扫描方向上感光鼓表面8上的写入开始位置(写入开始时间)当然也由通过检测与扫描线1a相对应的光束而获得的同步检测信号确定。
接下来，当使用偏转单元5(四面多面镜)的第二表面时，仅发射与扫描线1b相对应的光束的发光部分经历自动功率控制(光功率调节)。
然后，当使用偏转单元5(四面多面镜)的第三表面时，仅发射与扫描线1c相对应的光束的发光部分经历自动功率控制(光功率调节)。
然后，当使用偏转单元5(四面多面镜)的第四表面时，仅发射与扫描线1d相对应的光束的发光部分经历自动功率控制(光功率调节)。
在同步检测中，仅与扫描线1a相对应的光束由同步检测传感器72对于第一至第四表面的全部而检测。关于与扫描线1b，1c和1d相对应的其他三个光束，主扫描方向上感光鼓表面8上的写入开始位置(写入开始时间)基于通过检测与扫描线1a相对应的光束而获得的同步检测信号来确定。
对于与扫描线1a相对应的光束，主扫描方向上感光鼓表面8上的写入开始位置(写入开始时间)当然也由通过检测与扫描线1a相对应的光束而获得的同步检测信号确定。
根据本发明，对于发光部分数目增加的情况，光功率控制可以由上述顺序执行。
显然，当四个发光部分划分成两对并且光功率控制一次一对顺序执行时，也可以获得本发明的效果。因此，本发明并不局限于上述顺序。
第二实施方案
图11是根据本发明第二实施方案的光学扫描装置的主扫描横截面视图。
图7是包含在根据本发明第二实施方案的光学扫描装置中包括组件2，3和4的入射光学系统和光功率检测光学系统的主扫描横截面视图。
图8是包含在光学扫描装置中包括组件2，3和4的入射光学系统和光功率检测光学系统的副扫描横截面视图。
本实施方案不同于第一实施方案在于，边沿发射整体式多激光器用作光源1并且光功率检测光学系统的成像放大率减小。本实施方案的其他结构与第一实施方案的那些类似。
用作光源的半导体激光器1是包含两个发光部分的边沿发射整体式多激光器。
这两个发光点沿着相对于主扫描方向和副扫描方向成预先确定角度布置的各自行而排列(参看图11)。
在本实施方案中，为了简单，仅一个光束在图11，7和8中显示。
从半导体激光器1的两个发光部分输出的两个发散光束由共同的准直透镜2转换成两个准直光束，在主扫描方向和副扫描方向上其宽度由光圈3限制之后。
然后，两个光束入射到仅在副扫描方向上具有折光力的柱面透镜4上，并且聚焦在副扫描横截面中旋转多面镜5的反射表面上。
在主扫描方向上，两个准直光束入射在多面镜5(四面多面镜)的反射表面上而没有变化。
用作偏转单元的多面镜5由驱动单元(没有显示)例如马达以恒定速度在由箭头所示的方向上旋转。
与第一实施方案相类似，由多面镜5偏转并扫描的两个光束入射在具有fθ特性的成像光学系统6上，然后导向作为待扫描表面的感光鼓表面8。因此，图像记录执行。
成像光学系统6建立副扫描横截面中多面镜5的偏转表面与感光鼓表面之间的光学共轭关系。因此，表面倾斜校正系统提供在根据本实施方案的光学扫描装置中。
在本实施方案中，成像光学系统6包括由塑料构成的两个复曲面透镜61和62。
在提供fθ特性并且校正主扫描方向和副扫描方向上的场曲率之后，两个光束导向感光鼓表面8。
感光鼓表面8通过在由箭头所示的方向上旋转多面镜5而在+Y方向上光学扫描。
在由用作偏转单元的多面镜5偏转的光束中，朝向图像有效区外部的区域行进的光束部分通过同步检测光学元件71导向同步检测传感器72。
同步检测传感器72输出用于确定写入图像时序(主扫描方向上的写入开始位置)的同步检测信号。
类似地，在由用作偏转单元的多面镜5偏转的光束中，朝向图像有效区外部的区域行进的光束部分通过光功率检测光学元件94导向用作光功率检测器的光功率检测传感器92。
光功率检测传感器92输出用于控制从光源发出的光的功率(强度)的信号。
因此，同样在本实施方案中，光束由偏转单元5偏转，然后光源的光功率控制使用偏转的光束执行。
光功率检测传感器92检测其光接收表面上光束的强度(功率)，并且输出强度信号到光功率控制器93(自动功率控制电路)。
然后，光功率控制器93(自动功率控制电路)输出强度校正信号到作为边沿发射激光器的光源1中的两个发光部分1a和1b，使得从两个发光部分1a和1b发出的光束的强度(功率)维持在预先确定的设置值。
接下来，将在下面描述本实施方案中使用的光源。
如上所述，根据本实施方案的光源1是具有彼此相邻排列的两个发光点的边沿发射激光器。
在边沿发射激光器中，光在与衬底端面垂直的方向上发射，并且与表面发射激光器相比较，输出功率可以容易地增加。
后光束从衬底的另一端面发出，并且光功率控制也可以通过直接监控后光束来执行。
但是，在这种情况下，光功率控制(自动功率控制)使用不实际用于描绘图像的光束执行。另外，光接收表面容易受由边沿发射激光器自身产生的热量所影响。因此，执行高精度光功率控制是困难的。
接下来，将参考图7在下面详细描述光功率检测光学系统。
为了保持光束在光功率检测传感器92上静止不动长达预先确定的时间，光功率检测光学元件94被布置以便建立主扫描方向上偏转单元5的偏转表面与光功率检测传感器92的光接收表面之间的光学共轭关系。
换句话说，当由偏转表面偏转的光束入射在光功率检测光学元件94上时，入射在光功率检测传感器92的光接收表面上的光束在光接收表面上光学静止不动。
因此，光功率检测器92上光束的存储时间可以增加，并且因由光源1自身产生的热量和环境变化(例如环境温度变化)而引起的由光源1发射的光功率的变化可以精确地检测。
因此，从光源1的发光部分发射的光束的功率可以维持恒定。
在图7中，实线显示实际光束。
参考图7，在主扫描横截面中，由偏转表面偏转并扫描的准直光束聚焦在光功率检测光学元件94与光功率检测传感器92之间的位置，然后入射在光功率检测传感器92的光接收表面上。
虚线显示多面镜5的偏转表面与光功率检测传感器92的光接收表面在主扫描横截面中处于光学共轭关系。
在主扫描方向上，来自用作偏转单元的多面镜5的准直光束由光功率检测光学元件94引起在光功率检测光学元件94与光功率检测传感器92之间的位置会聚，然后以发散光的形式在光功率检测传感器92的光接收表面上入射。
因为光学共轭关系在偏转单元5的偏转表面与光功率检测传感器92的光接收表面之间建立，即使当偏转单元的偏转表面旋转时，入射在光功率检测传感器92上的光束静止不动，除非光束从光功率检测光学元件94移位。
因为发散光束也在副扫描方向上从多面镜5发出，光学共轭关系也在多面镜5的偏转表面与光功率检测传感器92的光接收表面之间建立，使得光束会聚在光接收表面上。
因此，光束在光接收表面上形成沿着主扫描方向延伸的线图像，类似于偏转表面。
与第一实施方案不同，在本实施方案中，柱面透镜4和光功率检测光学元件94彼此独立地形成。另外，半导体激光器1和光功率检测传感器92在不同衬底上形成。
因为不存在布局限制，光功率检测光学系统的设计自由度增加。因此，传感器尺寸可以通过减小光束的移动速度和传感器上光束的直径来进一步减小。
在本实施方案中，光功率控制(光束强度调节)通过使用多面镜的单个偏转表面在每个扫描周期中一次一个地顺序导通两个发光部分来执行。因此，两个发光部分的光功率控制在多面镜旋转半圈之后完成。
表格2显示沿着从光源1经由偏转单元5到光功率检测器92的光路的结构的光学设计值。
表格2
光学构造
  No.   Ry   Rz   Asph   D   玻璃   N
  光源1的发光表面   1   1.75
  防护玻璃   2   ∞   0.25   bsl7   1.51052
  3   ∞   13.80
  光圈3准直透镜2   4   2.53
  5   ∞   3.00   lah66   1.76167
  6   -15.216   21.27
  柱面透镜4偏转单元5的偏转表面   7   ∞   39.935   3.00   1.52397
  8   ∞   -51.630   42.80
  9   ∞   20.00
  光功率检测光学元件91   10   3.747   K＝-0.55699   3.00   1.52397
  11   ∞   10.00
  光功率检测传感器92的传感器表面   12
 主扫描方向上成像光学系统6的光轴与入射光学系统的光轴之间的角度   θ   -90度
 主扫描方向上成像光学系统6的光轴与光功率检测光学系统的光轴之间的角度   γ   -70度
光源
  波长   790nm
  发光部分的数目   2(1排×2行)
  发光部分之间的间隔   100μm
根据上述结构，光束在旁轴区域中光功率检测传感器92的光接收表面上在主扫描方向上完全静止不动。
但是，光束实际上因主扫描横截面中光功率检测光学元件94的球面像差而在光接收表面上轻微移动。
同样在本实施方案中，为了减小主扫描方向上光接收表面上光束的移动，光功率检测光学元件94的入射表面形成为旋转对称非球面，使得球面像差可以被校正。
换句话说，光功率检测光学元件94的入射表面在主扫描横截面中具有非弧形。
为了实现稳定的光功率检测，主扫描方向上光功率检测传感器92的光接收表面的长度必须大于主扫描方向上光功率检测传感器92上光束的束直径。
图9说明光功率检测传感器92上的光束响应偏转单元5的旋转而移动的方式。
在图9中，点虚线显示光束的主光线而实线显示主扫描方向上光束的边缘光线。
在图9中，主扫描方向上的两个边缘光线是上光线和下光线。
在图9中，水平轴显示光束的偏转角(光功率检测传感器92的位置参考)而垂直轴显示光束的到达位置(光功率检测传感器92的位置参考)。
关于光功率检测传感器92的位置参考，光功率检测光学系统的光轴(光功率检测光学元件94的光轴)设置为主扫描横截面中光束到达位置的参考(零点)。
在图1中，当光功率检测光学系统的光轴(光功率检测光学元件94的光轴)设置为光束到达位置的参考(零点)时，光束的顺时针移动(光接收表面由光束扫描的方向)定义为负，而光束的逆时针移动(光束在主扫描方向上到达成像光学系统6的方向)定义为正。
从图9中显然，与第一实施方案相类似，光束的到达位置刚刚改变，即使当多面镜5的偏转角度改变时。
光功率检测光学系统中光功率检测传感器上的扫描角速度Vapc可以满足下面的表达式：
Vapc＜f/10其中f是光学扫描装置的fθ系数(mm/rad)。当该参数超过上限时，光功率检测传感器92的光接收表面的大小增加，并且提供小且便宜的光功率检测光学系统变得困难。
在本实施方案中，Vapc是1.3(mm/rad)并且f是150(mm/rad)。因此，上面的表达式满足。
主扫描方向上偏转单元5的偏转表面与由光功率检测光学元件91提供的光功率检测传感器92的光接收表面之间的成像放大率βam可以满足下面的表达式：
0.05＜|βam|＜1.5
当该参数超过上限时，主扫描方向上光功率检测传感器92的光接收表面的长度增加并且提供小且便宜的光功率检测光学系统变得困难。
当参数低于下限时，光功率检测光学系统的Fno减小并且提供光功率检测光学系统的像差校正变得困难。因此，保持光束在光功率检测传感器上静止不动变得困难。
在本实施方案中，|βam|是0.73。因此，上面的表达式满足。
在上述第一和第二实施方案中，在用于执行光学扫描装置中光源1的自动功率控制的结构中，光功率检测光学元件建立主扫描方向上偏转单元的偏转表面与光功率检测传感器92的光接收表面之间的光学共轭关系。
因此，在第一和第二实施方案中，当光束入射在光功率检测光学元件94上时，光功率检测传感器92的光接收表面上的光束在主扫描方向上光学静止不动。
结果，根据第一和第二实施方案，可以提供用于执行光功率控制而没有光功率损耗的便宜且简单的结构。
在第一实施方案中，可以使用低输出光源例如垂直腔表面发射激光器。
在第一和第二实施方案中，因为光功率控制使用实际图像描绘光束执行，高精度光功率控制可以执行，其可以处理因环境变化(例如，环境温度变化)引起的激光特性包括远场图形(FFP)的变化。
在第一和第二实施方案中，使用包括多个发光部分(4射束)的垂直腔表面发射激光器和包括多个发光部分(2射束)的边沿发射整体式多激光器。但是，本发明并不局限于多射束激光器。
与使用多射束激光器的情况类似，当具有单个发光部分的单射束激光器用作光源时，也可以获得本发明的效果。
根据本发明，多射束激光器的发光部分的数目并不限制，只要两个或更多发光部分被提供。因为存在高速处理的增长需求，本发明的结构可以在发射四个或更多光束的多射束激光器中有效地使用。
这一点的原因是因为在垂直腔表面发射激光器和边沿发射整体式多激光器的任何一种中，来自每个发光部分的输出随着发光部分数目增加而减少。
另外，在第一和第二实施方案中，成像光学系统6包括两个复曲面透镜61和62。但是，本发明并不局限于此。根据本发明，成像光学系统6也可以由单个复曲面透镜构成。另外，成像光学系统6也可以由三个或更多透镜构成。另外，根据本发明，成像光学系统6可以包括曲面镜或衍射光学元件。
第三实施方案
图6是说明根据本发明第三实施方案的彩色图像形成装置的主要部分的示意图。
参考图6，彩色图像形成装置160包括每个具有根据上述第一实施方案的结构的光学扫描装置110，每个可以用作图像载体的感光鼓121，122，123和124，显影设备131，132，133和134，以及传送带151。
参考图6，彩色图像形成装置160从外部设备152例如个人计算机接收红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)信号。
这些信号由包括在彩色图像形成装置160中的打印机控制器153分别转换成青色(C)、品红色(M)、黄色(Y)和黑色(K)的图像数据元素(点数据元素)141，142，143和144。
图像数据元素输入到相应的光学扫描装置110。
四个光学扫描装置110的每个发射根据相应图像数据元素调制的四个光束，并且感光鼓121，122，123和124的感光表面由4×4光束在主扫描方向上扫描。
在根据本实施方案的彩色图像形成装置160中，根据各自图像数据元素从光学扫描装置110发射的4×4光束用来在相应感光鼓121，122，123和124上形成各自颜色的潜像。然后，图像叠加在记录介质上以获得单个全彩图像。
参考数字131，132，133和134表示显影设备。如上所述，光束基于图像数据元素调制，并且感光鼓121，122，123和124的表面用光束照射使得静电潜像在其表面上形成。静电潜像由显影设备131，132，133和134显影为调色剂图像，显影设备被布置使得在感光鼓131，132，133和134的旋转方向上感光鼓131，132，133和134用光束照射的位置下游的位置处，显影设备131，132，133和134分别与感光鼓121，122，123和124接触。
由显影设备131，132，133和134显影的调色剂图像由位于感光鼓121，122，123和124下面以便面向感光鼓121，122，123和124的转印辊(没有显示)转印到可以用作转印材料的纸张上。虽然在该实例中纸张从位于感光鼓121，122，123和124前面的纸张盒供给，它也可以手工供给。位于纸张盒末端的纸张进给辊将包含在纸张盒中的纸张传送到转印路径。
未定影调色剂图像如上所述转印到其上的纸张进一步传送到位于感光鼓121，122，123和124后面的定影设备(没有显示)。定影设备包括定影辊(没有显示)，其可以具有定影加热器(没有显示)于其中，并且压辊(没有显示)被布置以与定影辊压力接触。从转印部分传送的纸张在定影辊和压辊之间的夹持部分中压制和加热，使得纸张上的未定影调色剂图像定影。纸张输出辊(没有显示)位于定影辊后面并且图像定影于其上的纸张从图像形成装置中输出。
外部设备152可以包括例如可以具有CCD传感器的彩色图像读取装置。在这种情况下，包括彩色图像读取装置和彩色图像形成装置160的系统可以用作彩色数字复印机。
根据第一实施方案的光学扫描装置并不局限于彩色数字复印机，并且也可以应用于彩色激光束打印机、单色数字复印机、单色激光束打印机等。
根据第二实施方案的光学扫描装置也可以应用于执行电子照相处理的图像形成装置，例如激光束打印机和数字复印机。
虽然本发明已经参考实例实施方案描述，应当理解，本发明并不局限于公开的实例实施方案。下面权利要求的范围应当与最广泛的解释一致，以便包括所有修改、等价结构和功能。

Claims (14)

1.一种光学扫描装置，包括：
发射光束的光源；
具有偏转表面的偏转单元，其偏转并扫描从光源发射的光束；
光功率检测器，其检测由偏转单元的偏转表面偏转并扫描的光束的强度；
成像光学单元，其将由偏转单元的偏转表面偏转并扫描的光束聚焦在待扫描表面上；
光功率检测光学单元，用于将由偏转单元的偏转表面偏转并扫描的光束导向光功率检测器；以及
自动功率控制器，用于基于从光功率检测器获得的信号控制从光源发射的光束的强度，
其中，光功率检测光学单元建立主扫描平面中偏转单元的偏转表面与光功率检测器的光接收表面之间的光学共轭关系。
2.根据权利要求1的光学扫描装置，其中在主扫描方向上偏转单元的偏转表面与光功率检测器的光接收表面之间的成像放大率βam满足下面的表达式：
0.05＜|βam|＜1.5
3.根据权利要求1的光学扫描装置，其中主扫描方向上光功率检测器的光接收表面的大小大于主扫描方向上导向光接收表面的光束的直径。
4.根据权利要求1的光学扫描装置，其中光功率检测器的光接收表面上的扫描角速度Vapc满足下面的表达式：
Vapc＜f/10
其中f是以mm/rad为单位的光学扫描装置的fθ系数。
5.根据权利要求1的光学扫描装置，其中光源包括具有多个发光部分的表面发射激光器。
6.根据权利要求1的光学扫描装置，其中光源包括具有多个发光部分的边沿发射激光器。
7.根据权利要求1的光学扫描装置，其中光源包括单个激光束。
8.根据权利要求1的光学扫描装置，其中光功率检测光学单元建立副扫描平面中偏转单元的偏转表面与光功率检测器的光接收表面之间的光学共轭关系。
9.根据权利要求1的光学扫描装置，其中光源包括具有发射多个光束的多个发光部分的多射束激光器，光束由偏转单元上相同的偏转表面偏转并扫描，并且由光功率检测光学单元导向光功率检测器；以及
其中由相同偏转表面偏转并扫描的光束以预先确定的时间间隔导向光功率检测器。
10.根据权利要求1的光学扫描装置，其中光源具有多个发光部分；以及
其中光源的强度控制在每个扫描周期中一次一个地对发光部分顺序执行，使得全部发光部分的强度控制在多个扫描周期之后完成。
11.根据权利要求1的光学扫描装置，其中光功率检测光学单元的至少一个表面在主扫描横截面中具有非弧形。
12.一种图像形成装置包括：
根据权利要求1～11中一个的光学扫描装置；
具有待扫描表面的感光体；
通过由光学扫描装置扫描的光束显影在感光体表面上形成的静电潜像而形成调色剂图像的显影设备；
将调色剂图像转印到转印材料上的转印设备；以及
定影转印到转印材料上的调色剂图像的定影设备。
13.一种图像形成装置包括：
根据权利要求1～11中一个的光学扫描装置；以及
将从外部设备接收的代码数据转换成图像信号并且将图像信号输入到光学扫描装置的打印机控制器。
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