光掃描裝置及光掃描裝置的調整方法

專利名稱：光掃描裝置及光掃描裝置的調整方法
技術領域：
本發明涉及光掃描裝置及使用了該光掃描裝置的圖像形成裝置，特別是作為光源裝置使用半導體激光器，并一體地構成光源裝置和光偏向器之間的準直透鏡(collimator lens)和圓柱狀透鏡(cylindricallens)，以謀求裝置整體的小型化以及簡潔化。例如，涉及有關適用于具有電子照片處理的激光光束打印機(LBP)或數字轉印機或多功能打印機等的光掃描裝置。
背景技術：
以往，在激光光束打印機或數字轉印機等上所使用的光掃描裝置中，例如，利用由多面反射鏡(polygon mirror)等構成的光偏向器周期地偏向依照圖像信號從光源裝置經過光調制后發射的光束，利用由fθ透鏡等組成的成像光學系統呈點狀地會聚在感光性的記錄介質面上，并在該面上進行光學掃描由此來進行圖像記錄。
圖7所示是這種以往的光掃描裝置的要部概略圖。
圖7中，自光源裝置91出射的發散光束被準直透鏡92整束成為近似平行光束或者收束光束，經孔徑光闌93整形該光束(光通量)后入射到只在副掃描斷面內具有折射能力的圓柱狀透鏡94。
入射到圓柱狀透鏡94的光束中，在主掃描斷面內以原樣不變的狀態出射，在副掃描斷面內收束并作為包含線像的近似線像后成像在由旋轉多面鏡(多面反射鏡)構成的光偏向器95的偏向面95a附近。
然后，在光偏向器95的偏向面95a被偏向反射了的光束經由具有fθ特性的成像光學系統(fθ透鏡系統)96，導光至作為被掃描面的感光鼓面97。
通過在箭頭A方向上旋轉光偏向器95，而在箭頭B方向上光學掃描該感光鼓面97以進行圖像信息的記錄。
此外，準直透鏡92和圓柱狀透鏡94等各要素構成入射光學系統LA的一個要素。
在這樣的光掃描裝置以及圖像形成裝置中，近年來，要求裝置整體的小型化以及簡潔化(低成本化)的呼聲越來越高。
作為滿足這些要求的裝置，有人提出了諸如利用單一的變形聚光透鏡(折射能力各向異性單透鏡)構成具有上述準直透鏡92和圓柱狀透鏡94等的入射光學系統的方案(參照U.S.Patent No.4915484號專利公報)。
在U.S.Patent No.4915484號專利公報中，通過由單一的變形聚光透鏡構成由準直透鏡和圓柱狀透鏡構成的以往的入射光學系統，就實現了裝置的簡潔化以及小型化。
此外，還有人提出了使用了一片可實現準直透鏡、2片棱鏡以及圓柱狀透鏡等功能的變形聚光透鏡(折射能力各向異性單透鏡)的柱形物鏡型(postobjective)成像光學系統(參照特開平05-313089號專利公報)。
特開平05-313089號專利公報是在光學系統全系統中，主掃描斷面內的焦距比副掃描斷面內的焦距大約大10倍以上的柱形物鏡型成像光學系統。
特開平05-313089號專利公報由單一的變形聚光透鏡構成為不降低光的利用效率而由準直透鏡、2片棱鏡以及圓柱狀透鏡等構成的復雜的入射光學系統，并在其形狀上下工夫，由此可以維持光的利用效率。
但是，USP4915484號專利公報所公開的變形聚光透鏡由用玻璃透鏡組成的玻璃成形透鏡構成，與可以用短的成形間歇(tact生產節拍)成形的塑料成形透鏡相比，具有制造困難(成本高)之類的問題。
特開平05-313089號專利公報公開的變形聚光透鏡與USP4915484號專利公報一樣由光學玻璃構成，具有制造困難之類的問題。
進而，在上述的USP4915484號專利公報、特開平05-313089號專利公報中，從變形聚光透鏡出射的光束的收束程度(平行程度)的調整(平行光管調整)未被公開。
以下進行對以往的由準直透鏡和圓柱狀透鏡構成的入射光學系統的說明。
其采用分別對于主掃描斷面內，在光軸方向上移動準直透鏡來調整從入射光學系統出射的光束的收束程度(平行程度)，而對于副掃描斷面內，則在光軸方向上移動圓柱狀透鏡來調整從入射光學系統出射的光束的收束程度(平行程度)的結構。
即，以往的光掃描裝置對主掃描斷面內和副掃描斷面內可以各自獨立地進行調整。
但在一體化了準直透鏡和圓柱狀透鏡時，又出現了不能如以往那樣各自獨立地調整主掃描斷面內和副掃描斷面內之類的問題。
本發明之目的就是提供可以無描畫性能劣化且謀求裝置整體的小型化以及簡潔化的光掃描裝置以及使用了該光掃描裝置的圖像形成裝置。

發明內容
本發明的技術方案提供一種光掃描裝置，具有光源裝置、將從該光源裝置出射的光束導向偏向裝置的入射光學系統和將被該偏向裝置反射了的光束導向被掃描面上的成像光學系統，在副掃描斷面內該偏向裝置的偏向面或者該偏向面的附近與該被掃描面滿足共軛關系，其特征在于上述入射光學系統具有具備主掃描方向的光焦度和副掃描方向的光焦度、且主掃描方向的光焦度和副掃描方向的光焦度相互不同的變形聚光透鏡，在取該成像光學系統的副掃描方向的橫向放大率為β、通過該成像光學系統會聚的成像點的副掃描方向的束腰位置的束半徑為w0、自該光源裝置出射的光束的波長為λ0(單位是mm)時，滿足1≤β2；β2≤23.56×w02/λ0這樣的條件。
根據本發明，通過由單一的變形聚光透鏡構成會聚光學系統且適當地設定各個要素，就可以實現無描畫性能劣化且可以小型化以及簡潔化裝置整體的光掃描裝置以及使用了該光掃描裝置的圖像形成裝置。


圖1所示是本發明實施例1的主掃描斷面圖；圖2所示是本發明實施例1的副掃描斷面圖；圖3所示是本發明實施例1的光學系統的主掃描斷面圖以及副掃描斷面圖；圖4所示是本發明實施例1的主掃描方向以及副掃描方向的像面彎曲圖；圖5所示是本發明圖像形成裝置實施例的副掃描斷面圖；圖6所示是本發明實施例彩色圖像形成裝置的要部概略圖；圖7所示是以往的光掃描裝置的要部概略圖。
具體實施例方式
下面利用

本發明的實施例。
實施例1圖1是本發明實施例1的主掃描方向的要部斷面(主掃描斷面)，圖2是本發明實施例1的副掃描方向的要部斷面(副掃描斷面)。
這里，所謂的主掃描方向表示垂直于偏向裝置的旋轉軸以及成像光學系統的光軸的方向(通過偏向裝置偏向反射(偏向掃描)光束的方向)，所謂副掃描方向表示與偏向裝置的旋轉軸平行的方向。
此外，所謂主掃描斷面表示與主掃描方向平行且包含成像光學系統的光軸的平面。另外所謂副掃描斷面表示與主掃描斷面垂直的斷面。
在圖1、圖2中，1是具備一個發光部的光源裝置，例如由半導體激光器構成的裝置。
2是入射光學系統，會聚自光源裝置1出射的一個光束。
本實施例中的入射光學系統2具有主掃描斷面內的折射能力(光焦度)和副掃描斷面內的折射能力(光焦度)相互不同的變形聚光透鏡(折射能力各項異性單透鏡)。
3是孔徑光闌限制通過光束并整形光束形狀。
4是作為將從入射光學系統2出射的光束偏向主掃描方向的偏向裝置的光偏向器，例如，由4面結構的多面反射鏡(旋轉多面鏡)構成，通過電機等驅動裝置(沒有圖示)沿圖中箭頭A方向以一定速度旋轉。
5是具有聚光功能和fθ特性的成像光學系統(fθ透鏡系統)，由利用塑料材料做成的單一掃描透鏡(fθ透鏡系統)5a組成。
成像光學系統(fθ透鏡系統)5使由光偏向器4所偏向反射的基于圖像信息的光束成像在作為被掃描面的感光鼓面6上。
并且，成像光學系統(fθ透鏡系統)5，通過在副掃描斷面內使光偏向器4的偏向面4a或者偏向面4a的附近與感光鼓面6之間形成共軛關系，而具有歪斜校正功能。
6是作為被掃描面的感光鼓面。
7是變形聚光透鏡調整裝置，通過沿光束的行進方向移動變形聚光透鏡2，來調整被掃描面6上的光束的主掃描方向以及副掃描方向的聚光狀態。
即，本實施例的變形聚光透鏡調整裝置7直接觀察被掃描面6上的光束的聚光狀態并進行調整，以使該光束的主掃描方向成像光點的束徑達到最小。
8是第1調整裝置，為了調整被掃描面6上的光束的聚光位置，而沿與變形聚光透鏡2的光軸正交的平面內移動光源裝置1。
在本實施例中，從光源裝置1依照圖像信息經過光調制后出射的光束由變形聚光透鏡2在主掃描斷面內變換成包含平行光束的近似平行光束(或者包含收束光束的近似收束光束)，通過孔徑光闌3(被部分遮光)。
此外，在副掃描斷面內收束并通過孔徑光闌3(被部分遮光)，作為包含線像的近似線像(在主掃描方向上長邊方向的線像)成像在光偏向器4的偏向面4a上。
然后，在光偏向器4的偏向面4a被偏向反射了的光束被掃描透鏡5a以點狀成像在感光鼓面6上，通過沿箭頭A方向旋轉該光偏向器4，等速地沿箭頭B方向(主掃描方向)在該感光鼓面6上進行光學掃描。
由此，在作為記錄介質的感光鼓面6上進行圖像記錄。
本實施例中的變形聚光透鏡2是在副掃描斷面內的折射能力大于主掃描斷面內的變形透鏡。
另外，本實施例中的變形聚光透鏡2具備主掃描方向的光焦度以及副掃描方向的光焦度。
該變形聚光透鏡2是一體地構成了圖6所示的以往的光掃描裝置中的準直透鏡92和圓柱狀透鏡94的透鏡，由此，可以削減部件的個數，實現裝置整體的小型化以及簡潔化(低成本化)。
另一方面，在使用了這樣的變形聚光透鏡2時，存在上述這樣的效果。
但是，根據從變形聚光透鏡2出射的光束的收束程度(平行程度)的調整(平行光管調整)方法有時被掃描面6上的光點不能充分地得以會聚。
下面，使用圖3(A)、(B)、(C)對該現象進行說明。
圖3(A)是本發明實施例1的光學系統的主掃描斷面圖。
如果按照設計值準確地設定了半導體激光器等光源裝置1和變形聚光透鏡2之間的光束行進方向(入射光學系統的光軸方向)的距離，則從光源裝置1出射的光束被掃描透鏡5a以點狀會聚到由感光鼓等構成的被掃描面6上。
但是，一般而言，半導體激光器等光源裝置1的發光點位置當然存在位置誤差，此外，在將光源裝置1裝配到光掃描裝置上時也當然會存在裝配誤差。
因而，需要準確地調整光源裝置1的發光點位置和變形聚光透鏡2之間的光束行進方向的距離。以下稱該調整為平行光管調整。
圖3(B)所示是光源裝置1的發光點位置在圖中箭頭E方向上(光束行進方向)偏離規定量δx裝配到光掃描裝置時的主掃描斷面圖。
在此情況下，我們知道為了在主掃描斷面內正常地將光束(成像光點)會聚到被掃描面6上，需要將變形聚光透鏡2在圖中箭頭L方向上也相應移動(平行光管調整)相同的規定量δx。
圖3(C)是圖3(B)的副掃描斷面圖。
在圖3(C)中，由于在圖中箭頭L方向上使變形聚光透鏡2移動了δx，故在副掃描斷面內，應該收束在多面反射鏡4的偏向面4a上的光束的會聚光點將在圖中箭頭S方向上相應偏離δx。
副掃描斷面內偏離了偏離量δx的會聚光點不能使光束正常地會聚到被掃描面6上，在圖中箭頭T方向上將相應偏離δx×β2(β為掃描透鏡5a的副掃描斷面內的橫向放大率)來進行聚光。
即，如果良好地調整主掃描斷面內被掃描面6上的聚光狀態，則副掃描斷面內被掃描面6上的聚光狀態將會劣化，由此，我們能夠理解要將主掃描斷面內和副掃描斷面內的被掃描面6上的聚光狀態均良好地進行調整是困難的。
也就是說，如果在主掃描斷面內使變形聚光透鏡2在圖中箭頭L方向也移動同樣的規定量δx，來進行調整以使被掃描面6上出現束腰，就會產生副掃描斷面內的被掃描面6上的成像光點的束徑肥大這樣的問題。
一般而言，由于激光光束打印機或數字轉印機等圖像形成裝置中的被掃描面上的光點設定為主掃描方向的點徑小于副掃描方向的點徑，故在上述平行光管調整中，最好是進行調整以使主掃描方向的光點直徑變得較小。
算式3這里，我們試著考慮如上述那樣進行調整時的副掃描方向光點的聚光狀態。
如果設聚光到被掃描面6上的由該成像光學系統所會聚的成像光點副掃描方向束腰位置處的光束半徑為w0，自會聚到被掃描面6上的成像光點位置起在光束的行進方向離開距離x位置處的光束半徑為w，光源裝置出射的光束的波長為λ0(mm)，則以下眾所周知的高斯光束的傳播關系式成立。
w2＝w02{1+(λ0×x/π×w02)2} …(1)式這里，所謂的“光束半徑”被定義為取光束斷面的強度分布為高斯分布，相對于峰值強度為1/e2的強度的半徑。
算式4如果變形(1)式，就可得下式。
x2＝π2w02(w2-w02)/λ02…(2)式這里，由于如果較通過該成像光學系統聚光到被掃描面6上的聚光的成像光點副掃描方向束腰位置的光束半徑增大25％左右可以得到良好的印字質量，故通過該成像光學系統聚光到被掃描面6上的聚光的成像光點副掃描方向束腰位置的光束半徑允許值可以允許光束半徑增大到25％。
算式5因而，如果將w＝1.25w0代入(2)式，就可得到下式。
x＝2.356×w02/λ0…(3)式即，上述δx×β2為x＝2.356w02/λ0以下即可，故需要下式成立。
δx×β2≤2.356×w02/λ0…(4)式此外，一般而言，半導體激光器等光源裝置1的入射光學系統2、3光軸方向發光點存在0.1(mm)左右的位置精度，進而，由于還需要考慮將光源裝置裝配到光掃描裝置時的誤差，故作為發光點的位置誤差δx，需要考慮存在最低限0.1(mm)以上的位置誤差。
因而，由(4)式可以導出下式。
β2≤23.56×w02/λ0…(5)式另外，如果將成像光學系統5的副掃描斷面內的橫向放大率β設定在1倍以下，則成像光學系統5靠近被掃描面6，成像光學系統5將變大，難以謀求做到裝置整體的小型化以及簡潔化(低成本化)。
為此，在本實施例中，將成像光學系統5的副掃描斷面內的橫向放大率β設定在1倍以上。
從而，設定各值以使如下條件式滿足。
1≤β2β2≤23.56×w02/λ0…(6)式即，在使用了變形聚光透鏡2情況下，在取成像光學系統5的副掃描斷面內的橫向放大率為β，通過成像光學系統5會聚到被掃描面6上的成像光點的副掃描方向的光束半徑為w0，從光源裝置1出射的光束的波長為λ0(mm)時，需要設定各值以使之滿足上述(6)式。
因而，就可以有效地抑制點狀地會聚到被掃描面6上的光束的劣化，由此就可提供無描繪性能的劣化且可以小型化以及簡潔化裝置整體的光掃描裝置。
算式6表1給出了本發明實施例1的光掃描裝置的光學系統的諸特性。
表1


在以各透鏡面和光軸的交點為原點、光軸方向為X軸、在主掃描斷面內與光軸正交的軸為Y軸、在副掃描斷面內與光軸正交的軸為Z軸時，fθ透鏡5a的主掃描斷面的非球面形狀可以用下面的關系式來表示。
x=y2/R1+(1-(1+k)(y/R)2)1/2+Σi=216Biyi]]>式中，R為曲率半徑，k、B2～B16為非球面系數。
此外，副掃描斷面的形狀采用主掃描方向的透鏡面座標為Y時的曲率半徑r′用下面的關系式來表示的形狀。
r′=r(1+Σj=216Djyj)]]>式中，r為光軸上的曲率半徑，D2～D16為各個系數。
圖4中給出了表示本發明實施例1的光掃描裝置光學系統主掃描方向以及副掃描方向的像面彎曲的像差圖。
表2給出了本發明實施例1的光掃描裝置的成像光學系統的副掃描斷面內的橫向放大率β，通過該成像光學系統聚光到被掃描面6上的所會聚的成像光點副掃描方向束腰位置的光束半徑為w0(相對于峰值強度為1/e2強度的光束半徑)，從光源裝置1出射的光束的波長為λ0(mm)，以及(6)式的β2、23.56×w02/λ0各值。
表2

如由表2可知那樣，本實施例成像光學系統的副掃描斷面內的橫向放大率β、通過成像光學系統5聚光到被掃描面6上的成像光點副掃描方向束腰位置的光束半徑w0、從光源裝置1出射的光束的波長為λ0(mm)被設定成滿足條件式(6)。
由此，就可以有效地抑制點狀地會聚到被掃描面6上的光束的劣化，并可提供無描繪性能的劣化且可以小型化以及簡潔化裝置整體的光掃描裝置。
這里，在上述的平行光管調整中，變形聚光透鏡調整裝置7在實際的被掃描面6相當位置處直接觀測成像光點，并在光軸方向移動變形聚光透鏡2以使其主掃描方向的束徑達到最小。
如果進行這樣的平行光管調整則還可以調整因掃描透鏡5a的制造誤差導致的點徑的劣化，故可以進一步良好地調整在被掃描面6上的成像光點的狀態。
此外，一般而言，由于不僅在變形聚光透鏡2的光軸方向，在與光軸正交的面內的方向當然也存在的位置誤差，故半導體激光器等光源裝置1的發光點位置的誤差就為被掃描面6上的光點的與光軸正交方向的成像位置誤差。
由于若存在上述位置誤差就將成為圖像的錯位，故也需要調整該誤差。以下將該調整稱為照射位置調整。
在本實施例1中，光源裝置1直接或者經由固定部件間接地安裝在光掃描裝置的外殼上，其構成為可以沿著與變形聚光透鏡2的光軸正交的平面內自由地移動。
在本實施例中，為了在被掃描面6相當位置處使成像光點到達正規位置，通過第1調整裝置8的調整使光源裝置1沿著與變形聚光透鏡2的光軸正交的平面內移動，由此進行被掃描面6上的成像光點照射位置調整。
所謂的被掃描面6上的成像光點照射位置調整是指主掃描方向的成像位置、副掃描方向的成像位置調整。
此外，上述照射位置調整也可以通過在與入射光學系統2、3的光軸正交的平面內移動變形聚光透鏡2來進行，但為了進行這樣的調整就需要在空中保持變形聚光透鏡2并使之三維地移動。
但是，在這樣的調整中，易于在變形聚光透鏡上2發生繞光軸周圍旋轉這樣的誤差。
變形聚光透鏡2在主掃描斷面內和副掃描斷面內折射能力不同。
因而，如果在變形聚光透鏡2上發生繞入射光學系統2、3的光軸周圍旋轉這樣的誤差，則被掃描面6上的成像光點將或旋轉或呈板條形狀，不能得到所期望的光點半徑而易于產生圖像劣化。
從而，在本實施例中，如上述那樣，通過使變形聚光透鏡2只單純地在入射光學系統2、3的光軸方向移動來進行平行光管調整，而照射位置調整則通過沿與光軸正交的平面內移動光源裝置1來進行。
由此，就可以進行圖像劣化難以產生的穩定的調整。
此外，雖然條件式(6)將通過該成像光學系統聚光到被掃描面6上的聚光的成像光點副掃描方向束腰位置處的光束半徑允許值，設為通過該成像光學系統聚光到被掃描面6上的聚光的成像光點副掃描方向束腰位置處的光束半徑增大25％左右，但在輸出圖像為細小的網點或PWM(脈沖寬度調制)等中間色調等情況下，將上述成像光點副掃描方向束腰位置處的光束半徑允許值設為被掃描面6上的聚光的成像光點副掃描方向束腰位置處的光束半徑增大20％左右為好。
在該情況下，取代上述條件式(6)，而設定各值使之滿足以下條件即可。
1≤β2β2≤19.87×w02/λ0…(7)式這樣，本實施例就是為響應如上述那樣的小型化以及簡潔化光掃描裝置的要求而達成的。
本實施例通過用單一的變形聚光透鏡來構成以往光掃描裝置中的準直透鏡、圓柱狀透鏡，使結構簡潔化以謀求小型化。
雖然本實施例1所示的變形聚光透鏡由光學玻璃構成，但也可以用光學塑料材料構成。若如此則可以以短的成形間歇來進行成形，制造也變得容易。
本實施例通過采用從變形聚光透鏡出射的光束的收束程度(平行程度)的創新的調整(平行光管調整)方法以及可以有效地抑制因光學特性的誤差導致的被掃描面上點狀地會聚的光束的劣化的創新的構成，得到了無描繪性能劣化且可以小型化以及簡潔化裝置整體的創新的光掃描裝置。
實施例2下面對本發明的實施例2進行說明。
在本實施例中，與上述的實施例1不同點在于采用了在光掃描裝置的外殼所期望的設計值位置上定位并固定變形聚光透鏡2的結構這一點。
另外，與上述實施例1的不同點還在于可以通過直接或者經由固定部件間接地在光掃描裝置的外殼上安裝光源裝置1并沿變形聚光透鏡2的光軸方向移動該光源裝置，由此來進行平行光管調整。
如通過實施例1的圖3(A)、(B)、(C)說明過的那樣，半導體激光器等光源裝置1的發光點位置在入射光學系統的光軸方向存在0.1mm左右的誤差δx。
因而，如果在主掃描斷面內正常地使光束會聚在被掃描面6上，則在副掃描斷面內將不能正常地會聚光束，聚光位置將偏離δx×β2。
在實施例1中，為了在這樣的情況下也能防止點狀聚光的光束的劣化，設定成像光學系統5副掃描斷面內的橫向放大率β、通過成像光學系統5會聚到被掃描面6上的成像光點的副掃描方向的光束半徑w0、從光源裝置1出射的光束的波長λ0以滿足條件式(6)。
另一方面，在光掃描裝置的外殼期望的設計值位置確定位置和固定變形聚光透鏡2時，其固定位置的位置精度通常為0.05mm以下，可以高于先前的光源裝置1的發光點位置的精度地高精度地進行固定。
從而，采用在光掃描裝置的外殼期望的設計值位置確定位置和固定變形聚光透鏡2，按照該變形聚光透鏡2被固定的位置沿變形聚光透鏡2的光軸方向移動光源裝置1的方法可以將上述副掃描斷面內的聚光位置偏離δx×β2抑制得較小。
此外，在上述的平行光管調整中，在實際的被掃描面6相當位置直接觀測成像光點，在光軸方向移動光源裝置1使其主掃描方向的束徑達到最小。
但是，在本實施例的平行光管調整中，也可以在實際的被掃描面6相當位置直接觀測成像光點，在光軸方向移動光源裝置1使其副掃描方向的束徑達到最小。
其他的構成以及光學作用與實施例1近似相同，由此可以得到同樣的效果。
即，在前述的實施例1中，是通過在光軸方向移動變形聚光透鏡2來進行平行光管調整。
在該情況下，適當地設定了通過成像光學系統5會聚的成像光點的束腰位置處副掃描方向的光束半徑為w0，從光源裝置1出射的光束的波長為λ0，以使之滿足前述條件式(6)。
因而，可以有效地抑制點狀地會聚在被掃描面6上的光束的劣化。
另外，在本實施例中，采用的是在光掃描裝置外殼期望的設計值位置上定位并固定變形聚光透鏡2的構成。
就是說，采用的是通過直接或者經由固定部件間接地在光掃描裝置的外殼上安裝光源裝置1，并利用第2調整裝置沿變形聚光透鏡2的光軸方向移動該光源裝置來進行平行光管調整的構成。
這樣，在本實施例中，如果采用在變形聚光透鏡2的光軸方向移動如上述那樣的光源裝置1本身的構成，則如用前述的實施例1說明過的那樣，很容易理解為什么不會產生不能同時良好地調整主掃描斷面內和副掃描斷面內的聚光狀態的現象了。
如果問為什么的話，就是因為不在變形聚光透鏡2的光軸方向移動變形聚光透鏡2，故只要準確地按照設計值的位置固定變形聚光透鏡2，就不會產生應該收束在多面反射鏡4的偏向面4a上的光束的聚光點的偏離δx。此外，即便是產生變形聚光透鏡2的固定位置的誤差，但由于其位置精度是高于光源裝置1的發光點位置精度的高精度，故應該收束在多面反射鏡4的偏向面4a上的光束的聚光點的偏離δx的量也應該小于實施例1的情況。
此外，在本實施例中，通過利用第1調整裝置8調整與入射光學系統2、3的光軸方向正交的平面內的光源裝置1的位置，可以良好地進行照射位置調整。
如果問為什么的話，就是通過同時在入射光學系統2、3的光軸方向和與入射光學系統2、3的光軸方向正交的平面內的位置調整，可以謀求縮短調整時間以及簡潔化調整工序。
所謂的在被掃描面6上的成像光點的照射位置調整是指主掃描方向的成像位置、副掃描方向的成像位置的調整。
此外，在光源裝置使用具有多個發光點(發光部)的多束半導體激光器時，通過在光軸周圍旋轉光源裝置1，也可以較好地進行被掃描面6上的多束光束的副掃描斷面內的間隙調整。
根據這樣的構成，將可以通過只調整光源裝置1來進行平行光管調整、照射位置調整、多束光束的間隙調整的全部調整，具有可以謀求縮短調整時間以及簡潔化調整工序這樣的非凡的效果。
此外，在進行平行光管調整時，不只限于上述例示的實施例1或者實施例2的調整，也可以沿變形聚光透鏡2的光軸方向相對地移動變形聚光透鏡2和光源裝置1。
實施例3下面對本發明的實施例3進行說明。
在本實施例中，與上述的實施例1、2的不同點在于，利用塑料材料作為材料形成變形聚光透鏡2，且至少在一側的透鏡面上設置了衍射光柵構造的衍射部(衍射光學元件)。
其他的構成以及光學作用與實施例1、2近似相同，由此可以獲得同樣的效果。
以往，準直透鏡多使用環境穩定性優異的光學玻璃。
這是由于因準直透鏡的焦距比較短，故如果準直透鏡與光源裝置之間的距離產生誤差則被掃描面上的光點的光軸方向的聚光位置偏離較大的理由。
因此，環境溫度對折射率的變化影響大的塑料材料無法實用化。
在本實施例中，由于采用了一體地構成了準直透鏡和圓柱狀透鏡的變形聚光透鏡這樣的構成，其形狀不是所謂的相對光軸旋轉對稱的形狀，而是相對光軸非旋轉對稱的無定形(變形)形狀。
因為如果用光學玻璃做成這樣形狀的變形聚光透鏡2在制造上存在困難(成本高)，故在本實施例中利用塑料材料形成變形聚光透鏡2，通過簡易的塑料成形進行制造。
不過，由于塑料材料因環境溫度其折射率的變化較大，故與之相伴，變形聚光透鏡2的焦距也將變化。
因此，在本實施例中，通過在變形聚光透鏡2的至少一側的透鏡面上形成衍射光柵構造的衍射部，做成了即使環境溫度變化也不產生其焦距變化的構成。
下面說明其詳細內容。
算式7一般而言，薄壁透鏡的光焦度，設C0為常數，寫成＝(n-1)C0這里，同樣地，衍射光學元件的波長λz處的光焦度zdiff可寫成φzdiff=(nzeff-1)C0]]>…(8)式算式8其中，nzeff是衍射光學元件的波長λz處的視在折射率。所謂的視在見折射率是將衍射光學元件在波長λz時具有的光焦度zdiff假定作為折射系統來處理表現時的折射率。
(5)式可以寫成nzdiff=1+φzdiffC0]]>…(9)式另外，由于衍射光學元件的光焦度比例于使用波長，例如在d線的波長λd處的光焦度ddiff使用上述zfiff被寫成φddiff=λdλzφzdiff]]>算式9同樣地，F線、C線的波長λF、λC處的衍射元件的光焦度Fdiff、Cdiff可以寫成φFdiff=λFλzφzdiff,]]>φCdiff=λCλzφzdiff]]>算式10因而，衍射光學元件的波長λd、λF、λC處的視在折射率ndeff、nFeff、nCeff可以用以下公式來表示。
ndeff=1+φddiffC0=1+λdφzdiffC0λz]]>nFeff=1+φFdiffC0=1+λFφzdiffC0λz]]>nCeff=1+φCdiffC0=1+λCφzdiffC0λz]]>算式11這里，可以與折射系統的色散值vd的定義同樣地定義衍射系統的視在的色散值vddiff，用以下公式來表示。
vddiff=ndeff-1nFeff-nCeff=(1+λdφzeffC0λz)-1(1+λFφzdiffC0λz)-(1+λCφzdiffC0λz)=λdλF-λC]]>…(10)式算式12因而，如本實施例光掃描裝置中的變形聚光透鏡2那樣，在通常的折射系統透鏡上附加了衍射光學元件時的消色差的條件，使用折射部的色散值vdrefr和折射部的光焦度drefr、上述衍射部的色散值vddiff和衍射部的光焦度ddiff，滿足以下公式。
φdrfrvdrefr+φddiffvddiff=0]]>…(11)式通過使之滿足上述(11)式，可以用衍射光學元件的光焦度變化抵消起因于變形聚光透鏡2的材料折射率的波長依存性的光焦度變化。
另一方面，變形聚光透鏡2的塑料材料也因環境溫度變化而變化其折射率。
算式13具體言之，本實施例中使用的塑料材料在標準環境溫度25℃的作為光源裝置1的半導體激光器的中心發光波長λ0＝790nm下的折射率為nλ0＝1.523972。
與之相反，在裝置內部的升溫等環境溫度從25℃升溫達到50℃時的λ0＝790nm的折射率nλ050℃為 折射率降低0.00212。
算式14此外，需要設想在寒冷地帶早晨最早剛打開裝置后環境溫度為5℃左右。環境溫度5℃時λ0＝790nm的折射率nλ05℃為 折射率升高0.001696。
這里，一般而言，作為本實施例光掃描裝置使用的光源裝置1的半導體激光器具有若溫度上升則帶隙變小，所以其振蕩波長向長波長側移動這樣的特性。具體言之就是，本實施例光掃描裝置使用的半導體激光器使用的是具有以0.255nm/℃的比率向長波長側偏移特性的半導體激光器。
算式15即，在環境溫度25℃以λ0＝790nm的振蕩，但在環境溫度50℃則以 在環境溫度5℃以 振蕩。因而，環境溫度50℃的塑料材料的準確的折射率相對于振蕩波長 處的本材料的折射率1.523830就為低0.00212的值，即 同樣，環境溫度5℃的塑料材料的準確的折射率相對于振蕩波長 處的本材料的折射率1.524087就為高0.001696的值，即為算式16如果認為由環境溫度變化導致的塑料材料的折射率變化為“環境溫度依存性的色散值”，則環境溫度依存性的色散值vtrefr為算式17此外，變形聚光透鏡2的衍射光學元件部的對應上述5℃～50℃的環境溫度的波長區域上的色散值vtdiff為算式18

這里，如果設上述變形聚光透鏡2中心振蕩波長λ0＝790nm的在環境溫度25℃的折射部的光焦度為φλ0refr、衍射部的光焦度為φλ0diff，則上述環境溫度區域的消色差條件為，φλ0refrvtrefr+φλ0diffvtdiff=φλ0refr128.6452247+φλ0diff-68.8453159=0]]>…(12)式也可以將折射部的光焦度φλ0refr設定為衍射部的光焦度φλ0diff的大致1.87倍。
上述(12)式是用于以因半導體激光器振蕩波長的溫度依存性產生的衍射光學元件的光焦度變化抵消因塑料材料的折射率的溫度依存性產生的折射部的光焦度變化的條件。
在本實施例中，在變形聚光透鏡2的至少一側附加了在主掃描斷面內以及副掃描斷面內滿足上述(12)式這樣的衍射光束構造的衍射部。
因而，使用以往不能使用的塑料材料成為了可能，使可以利用簡易的塑料成形進行制造成為了可能。
這里，在本實施例中使用的塑料材料的折射率溫度依存特性以及在本實施例中使用的半導體激光器振蕩波長的溫度依存特性情況下，上述(12)式嚴格成立。
在此情況下，即使是溫度變化，變形聚光透鏡2的焦距(光焦度)在主掃描斷面內、副掃描斷面內均一切沒有變化。
但是，在現實中，沒有必要嚴格滿足上述條件(12)式以完全抵消焦距變化(光焦度變化)，只要采用某種程度地進行了校正的構成，便可以充分地體現本實施例的效果。
因此，作為現實的光學用途考慮可以使用的塑料材料的溫度特性以及半導體激光器的溫度特性，進而，如果以衍射部光焦度變化近似一半的程度地校正由塑料材料的折射率的溫度依存特性引起的折射部的光焦度變化就可以獲得本實施例的效果時，如果取上述折射部的主掃描方向的光焦度為φrefrM，上述衍射部的主掃描方向的光焦度為φdiffM，上述折射部的副掃描方向的光焦度為φrefrS，上述衍射部的副掃描方向的光焦度為φdiffS，則其滿足
1.437≤φrefrM/φdiffM≤2.669 …(13)式1.437≤φrefrS/φdiffS≤2.669 …(14)式的條件。
算式20更好是如下面那樣設定上述條件式(13)、(14)式。
1.557≤φrefrM/φdiffM≤2.339 …(13a)式1.557≤φrefrS/φdiffS≤2.339 …(14a)式這里，如通過上述條件式(13)、(14)可知那樣，變形聚光透鏡2的主掃描斷面內的根據折射的光焦度、主掃描斷面內的根據衍射的光焦度、副掃描斷面內的根據折射的光焦度、副掃描斷面內的根據衍射的光焦度全部是正的。
在本實施例的光掃描裝置中，使之滿足了上述條件式(13)以及條件式(14)。由此，可以用衍射部的光焦度變化校正由環境溫度變化引起的變形聚光透鏡2的折射部的光焦度變化，有效地抑制在被掃描面6上的光點的點徑的變化。
表3給出了本發明實施例3的光掃描裝置中的變形聚光透鏡2的數據。
算式21表3

這里，在表3中，面序號0為光源裝置1的發光點，面序號左面的*標記為附加了衍射光學元件的面。在本實施例的掃描裝置中，在變形聚光透鏡2的光源側(入射側)的面(面序號1)附加了衍射光學元件。
算式22衍射光學元件的相位函數相對于變形聚光透鏡2的光軸為非旋轉對稱的，在以光軸方向為x軸的正交坐標系中，可以用下面給出的多項式表示，
φ(y)=2πmλ0Σi=1nciyi]]>…(15)式φ(z)=2πmλ0Σi=1ndizi]]>…(16)式(15)式表示主掃描斷面內的相位函數，(16)式表示副主掃描斷面內的相位函數。
λ0為基準波長，在本實施例中使用790nm，m為衍射次數，在本實施例中使用1次衍射。
算式23本實施例光掃描裝置中的變形聚光透鏡2的衍射光學元件的相位函數(y)、(z)只使用上述多項式的2次系數，其系數c2、d2為c2＝-9.566182×10-3d2＝-1.548503×10-2。
算式24表4所示為本發明的光掃描裝置中變形聚光透鏡2的折射部主掃描方向的光焦度φrefrM，變形聚光透鏡2的衍射部主掃描方向的光焦度為φdiffM，變形聚光透鏡2的折射部副掃描方向的光焦度為φrefrS，變形聚光透鏡2的衍射部副掃描方向的光焦度為φdiffS以及條件式(13)、(14)的各值。
表4

如根據表4可知那樣，在本實施例中，同時滿足了上述條件式(13)以及條件式(14)。
由此，可以用衍射部的光焦度變化校正由環境溫度變化引起的變形聚光透鏡2的折射部的光焦度變化，有效地抑制在被掃描面6上的光點的點徑的變化，不產生描繪性能的劣化。
并且，可以達成可小型化以及簡潔化裝置整體的創新的光掃描裝置。
雖然在本實施例的光掃描裝置中，是在變形聚光透鏡2的光源側(入射側)的面(面序號1)附加了衍射光學元件，但在變形聚光透鏡2的多面反射鏡(出射面)的面(面序號2)上附近衍射光學元件也可以有效地抑制起因于環境溫度變化的在被掃描面6上的成像光點副掃描方向的光束束徑的變化。
此外，雖然在各實施例中，是用一片透鏡構成了成像光學系統，但不一定只限于此，例如，也可以由二片以上的透鏡進行構成。
此外，成像光學系統5也不僅限于透鏡，也可以包含曲面反射鏡。
由于本發明的課題在解像度大的1200dpi以上為顯著的問題，故如果將本發明的構成適用于1200dpi以上的圖像形成裝置則可以得到更為顯著的效果。
本發明的光源裝置1的發光部不是為1個。也可以使用具有2個以上發光部的多光束光源裝置。
圖像形成裝置圖5所示是本發明圖像形成裝置的實施例副掃描斷面內的要部斷面圖。圖中，標記104表示圖像形成裝置。
在該圖像形成裝置104中，從個人計算機等外部設備117輸入代碼數據Dc。該代碼數據Dc由裝置內的打印機控制器111變換成圖像數據(點數據)Di。
該圖像數據Di被輸入給具有實施例1～3任意之一所示構成的光掃描單元100。
然后，由該光掃描單元100出射依照圖像數據Di調制過的光束103，利用該光束103在主掃描斷面內掃描感光鼓101的感光面。
作為靜電潛像載體(感光體)的感光鼓101由電機105驅動繞順時針旋轉。
然后，伴隨該旋轉，感光鼓101的感光面相對于光束103在與主掃描斷面內正交的副掃描斷面內移動。
在感光鼓101的上方，與表面低接地設置有使感光鼓101的表面一樣帶電的帶電滾筒102。
然后，使通過上述光掃描單元100掃描的光束103照射到通過帶電滾筒102而帶電的感光鼓101的表面。
如先前說明過的那樣，光束103基于圖像數據Di進行調制，通過照射該光束103，使靜電潛像形成在感光鼓101的表面。
該靜電潛像由較上述光束103的照射位置還在感光鼓101旋轉方向的下游側低接感光鼓101地配設的顯像器107作為色調劑像而顯影。
通過顯像器107顯影的色調劑像被在感光鼓101的下方對向感光鼓101地配置的轉印滾筒108轉印在作為被轉印材料的轉印紙112上。
轉印紙112收納在感光鼓101前方(圖5中為右側)的轉印紙盒109內，但也可以采用手動給紙。在轉印紙盒109端部配置有進紙滾筒110，將轉印紙盒109內的轉印紙112送入輸送通道。
采用以上這樣的做法，轉印了未定影色調劑像的轉印紙112被進一步輸送到配置在感光鼓101后方(圖5中為左側)的定影器。
定影器由內部具有定影加熱器(沒有圖示)的定影滾筒113和壓接該定影滾筒103地配置的加壓滾筒114構成。
通過在定影滾筒113和加壓滾筒114的壓接部邊加壓、邊加熱從轉印部輸送來的轉印紙112，就可以使轉印紙112上的未定影色調劑像定影。
進而，在定影滾筒113的后方配置有排紙滾筒116，其使定影了的轉印紙112排出到圖像形成裝置的外部。
雖然圖5中沒有圖示，但打印控制器111不僅進行先前說明過的數據變換，而且還以進行電機115為首的圖像形成裝置內的各部或后述的光掃描單元內的轉鼓電機等的控制。
彩色圖像形成裝置圖6是本發明實施例彩色圖像形成裝置的要部概略圖。本實施例為各自并行4個光掃描裝置在作為像載持體的感光鼓面上記錄圖像信息的縱列型彩色圖像形成裝置。
圖6中，60為彩色圖像形成裝置，11、12、13、14分別為具有實施例1～3所示的某一種構成的光掃描裝置，21、22、23、24分別為作為像載體的感光鼓，31、32、33、34分別為顯像器，51為輸送帶。
圖6中，由個人計算機等外部設備52對彩色圖像形成裝置60輸入R(紅)、G(綠)、B(藍)各種彩色信號。
這些彩色信號由裝置內的打印控制器53變換成C(氰)、M(品紅)、Y(黃)、K(黑)的各種圖像數據(點數據)。
這些圖像數據被分別輸入給光掃描裝置11、12、13、14。
然后，從這些光掃描裝置出射依照各圖像數據經過調制的光束41、42、43、44，在主掃描斷面內利用這些光束來掃描感光鼓21、22、23、24的感光面。
本實施例的彩色圖像形成裝置是并列了4個光掃描裝置(11、12、13、14)，分別對應于C(氰)、M(品紅)、Y(黃)、K(黑)各種顏色，并各自平行在感光鼓21、22、23、24面上記錄圖像信號(圖像信息)，高速地轉印彩色圖像的裝置。
本實施例的彩色圖像形成裝置通過如上所述的4個光掃描裝置11、12、13、14，使用基于各個圖像數據的光束在各自對應的感光鼓21、22、23、24面上形成各種顏色的潛像。
之后，在記錄材料上多重轉印而形成一頁全彩色圖像。
作為上述外部設備52，也可以使用例如具備CCD傳感器的彩色圖像讀取裝置。在該情況下，由該彩色圖像讀取裝置和彩色圖像形成裝置60構成彩色數字轉印機。
權利要求
1.一種光掃描裝置，具有光源裝置、將從該光源裝置出射的光束導向偏向裝置的入射光學系統和將被該偏向裝置反射了的光束導向被掃描面上的成像光學系統，在副掃描斷面內該偏向裝置的偏向面或者該偏向面的附近與該被掃描面滿足共軛關系，其特征在于上述入射光學系統具有具備主掃描方向的光焦度和副掃描方向的光焦度、且主掃描方向的光焦度和副掃描方向的光焦度相互不同的變形聚光透鏡，在取上述成像光學系統副掃描方向的橫向放大率為β、通過上述成像光學系統會聚的成像點的副掃描方向束腰位置處的光束半徑為w0、自上述光源裝置出射的光束的波長為λ0(mm)時，其滿足1≤β2β2≤23.56×w02/λ0這樣的條件。
2.根據權利要求1所記述的光掃描裝置，其特征在于，具有通過沿該變形聚光透鏡的光軸方向移動上述變形聚光透鏡，來調整上述被掃描面上的成像光點主掃描方向的光束直徑的第1調整裝置。
3.根據權利要求2所記述的光掃描裝置，其特征在于上述第1調整裝置是通過直接觀察上述被掃描面上的成像光點主掃描方向的光束直徑來進行調整的裝置。
4.根據權利要求2所記述的光掃描裝置，其特征在于上述第1調整裝置是進行調整以使上述被掃描面上的成像光點主掃描方向的光束直徑成為最小的裝置。
5.根據權利要求1所記述的光掃描裝置，其特征在于，具有為調整上述被掃描面上的成像光點的聚光位置而沿與上述變形聚光透鏡的光軸正交的平面內移動上述光源裝置的第2調整裝置。
6.根據權利要求1所記述的光掃描裝置，其特征在于上述變形聚光透鏡的材料是塑料材料，并且該變形聚光透鏡在其至少一個面上具有具備光焦度的衍射部。
7.根據權利要求6所記述的光掃描裝置，其特征在于上述變形聚光透鏡的折射部的主掃描方向的光焦度以及副掃描方向的光焦度均具有正的光焦度，上述變形聚光透鏡的衍射部的主掃描方向的光焦度以及副掃描方向的光焦度均具有正的光焦度，算式1在取上述折射部的主掃描方向的光焦度為φrefrM、上述衍射部的主掃描方向的光焦度為φdiffM、上述折射部的副掃描方向的光焦度為φrefrS、上述衍射部的副掃描方向的光焦度為φdiffS時，其滿足1.437≤φrefrM/φdiffM≤2.6691.437≤φrefrS/φdiffS≤2.669這樣的條件。
8.一種光掃描裝置，具有光源裝置、將從該光源裝置出射的光束導向偏向裝置的入射光學系統和將被該偏向裝置反射了的光束導向被掃描面上的成像光學系統，在副掃描斷面內該偏向裝置的偏向面或者該偏向面的附近與該被掃描面滿足共軛關系，其特征在于上述入射光學系統具有具備主掃描方向的光焦度和副掃描方向的光焦度、且主掃描方向的光焦度和副掃描方向的光焦度相互不同的變形聚光透鏡，并且具有通過沿上述變形聚光透鏡的光軸方向移動上述光源裝置來調整上述被掃描面上成像光點主掃描方向的光束直徑的裝置。
9.一種圖像形成裝置，其特征在于，具有權利要求1或8所記載的光掃描裝置、配置在上述被掃描面上的感光體、將通過用上述光掃描裝置掃描的光束而形成在上述感光體上的靜電潛像作為色調劑像進行顯影的顯像器、將所顯影的色調劑像轉印到被轉印材料上的轉印器、以及使所轉印的色調劑像定影在被轉印材料上的定影器。
10.一種圖像形成裝置，其特征在于，具有權利要求9中所記載的光掃描裝置和將從外部設備輸入的代碼數據變換成圖像信號并使之輸入上述光掃描裝置的打印機控制器。
11.一種光掃描裝置的調整方法，該光掃描裝置具有光源裝置、將從該光源裝置出射的光束導向偏向裝置的入射光學系統和將被該偏向裝置反射了的光束導向被掃描面上的成像光學系統，在副掃描斷面內該偏向裝置的偏向面或者該偏向面的附近與該被掃描面滿足共軛關系，所述光掃描裝置的調整方法的特征在于上述入射光學系統具有具備主掃描方向的光焦度和副掃描方向的光焦度、且主掃描方向的光焦度和副掃描方向的光焦度相互不同的變形聚光透鏡，通過沿上述變形聚光透鏡的光軸方向移動上述光源裝置來調整上述被掃描面上成像光點副掃描方向的光束直徑。
12.根據權利要求11所記述的光掃描裝置的調整方法，其特征在于邊直接觀察上述被掃描面上成像光點的主掃描方向的光束直徑，邊沿著該變形聚光透鏡光軸方向移動上述光源裝置。
13.根據權利要求11所記述的光掃描裝置的調整方法，其特征在于沿著該變形聚光透鏡光軸方向移動上述光源裝置以使上述被掃描面上成像光點的主掃描方向的光束直徑成為最小。
14.根據權利要求11～13中任意一項所記述的光掃描裝置的調整方法，其特征在于上述變形聚光透鏡的材料是塑料材料，并且該變形聚光透鏡在其至少一面上具有具備光焦度的衍射部，上述變形聚光透鏡的折射部的主掃描方向的光焦度以及副掃描方向的光焦度均具有正的光焦度，上述變形聚光透鏡的衍射部的主掃描方向的光焦度以及副掃描方向的光焦度均具有正的光焦度，算式1在取上述折射部的主掃描方向的光焦度為φrefrM、上述衍射部的主掃描方向的光焦度為φdiffM、上述折射部的副掃描方向的光焦度為φrefrS、上述衍射部的副掃描方向的光焦度為φdiffS時，其滿足1.437≤φrefrM/φdiffM≤2.6691.437≤φrefrS/φdiffS≤2.669這樣的條件。
15.一種光掃描裝置的調整方法，該光掃描裝置具有光源裝置、將從該光源裝置出射的光束導向偏向裝置的入射光學系統和將被該偏向裝置反射了的光束導向被掃描面上的成像光學系統，在副掃描斷面內該偏向裝置的偏向面或者該偏向面的附近與該被掃描面滿足共軛關系，所述光掃描裝置的調整方法的特征在于上述入射光學系統具有具備主掃描方向的光焦度和副掃描方向的光焦度、且主掃描方向的光焦度和副掃描方向的光焦度相互不同的變形聚光透鏡，在取上述成像光學系統副掃描方向的橫向放大率為β、通過上述成像光學系統會聚的成像點的副掃描方向束腰位置的光束半徑為w0、自上述光源裝置出射的光束的波長為λ0(mm)時，其滿足1≤β2β2≤23.56×w02/λ0這樣的條件，通過沿上述變形聚光透鏡的光軸方向移動上述變形聚光透鏡來調整上述被掃描面上成像光點主掃描方向的光束直徑。
全文摘要
本發明提供一種可以無描繪性能的劣化且可以謀求裝置整體的小型化以及簡潔化的光掃描裝置以及使用了該裝置的圖像形成裝置。為此，在具有光源裝置(1)、將從該光源裝置出射的光束導向偏向裝置的入射光學系統(2)以及將被該偏向裝置偏轉了的光束導向被掃描面(6)上的成像光學系統(5)的光掃描裝置中，該入射光學系統具有主掃描斷面內的光焦度和正交于主掃描斷面內的副掃描斷面內的光焦度相互不同的變形聚光透鏡，該成像光學系統具有在副掃描斷面內使該偏向裝置的偏向面或者其附近與該被掃描面呈共軛關系的光焦度，并使之滿足條件式。
文檔編號G03G15/04GK1769948SQ200510116088
公開日2006年5月10日 申請日期2005年10月28日 優先權日2004年10月28日
發明者石部芳浩 申請人:佳能株式會社