CN102053365B - 光扫描装置以及图像形成装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光扫描装置以及图像形成装置，其目的在于简化斜入射方式的光扫描装置，有效控制波前像差增大，获得良好的光扫描。具体为在斜入射方式中，扫描透镜(5)为经过同一个偏转反射面偏转的多束扫描光束共同使用，并为单一透镜体，其位于偏转反射面一方的入射面(50)为单一入射面，而位于被扫描部一方的发射面则为对应于各个被扫描部且在副扫描方向分离为发射面(5A)、(5B)，入射面(50)被形成为在副扫描方向的折射力随着接近主扫描方向的周边逐渐减小，发射面(5A)、(5B)被形成为在主扫描方向和副扫描方向上均具有正的折射力的面。

Description

光扫描装置以及图像形成装置

技术领域

本发明涉及可用于数字复印机、激光打印机、激光传真机等图像形成装置中的光扫描装置、以及具有该扫描装置的图像形成装置。

背景技术

光扫描装置随着激光打印机等的普及而成为众所周知，该光扫描装置通常构成为，来自光源的光束经光偏转器偏转后，通过fθ透镜等扫描光学系，向被扫描面方向汇聚，在被扫描面上形成光点，用该光点对被扫描面进行光扫描(主扫描)。实际中的被扫描面如有光导性感光体即感光媒体的感光面。

众所周知的“串联(tandem)方式图像形成装置”通常采用两组以上包括如上述光扫描装置和感光媒体的组合，来形成两色图像或多色图像或彩色图像等，其结构之一为对多个感光媒体进行光扫描的光扫描部采用共同使用单一光偏转器(转动多面镜)的方式。

如上所述，多个被扫描面共用光偏转器可减少光偏转器的个数，从而实现图像形成装置的小型化。

此时，虽然转动多面镜中的一个偏转反射面上有多束扫描光束入射，但是，如果使这些光束在副扫描方向上互相平行入射，则会使得转动多面镜发生在转动轴方向上的大型化，从而带来转动多面镜的制造成本上升，或难以使图像形成装置进一步小型化等问题。

针对上述问题，专利文献1(JP特开2003-5114号公报)提出了以下技术方案，即使得入射到转动多面镜中同一个偏转反射面上的两束以上扫描光束之间的入射到偏转反射面的副扫描方向入射角不同。以下将该方式称为斜入射方式。

这样，便能够在狭窄的偏转反射面上沿着副扫描方向同时偏转多束扫描光束，而且，使得用于引导偏转后的各束扫描光束到对应扫描面的光路变得容易分离。

在斜入射方式中，通过转动多面镜偏转的扫描光束发生偏转，围绕转动多面镜的转动轴扫引圆锥面，为此，入射到扫描透镜中的扫描光束随着偏转发生光束歪斜，扫描光波前像差增大，从而使得被扫描面上的聚光性变差，主扫描方向边缘部上的光点直径变大，容易造成被形成的图像的分辨率下降的问题。

而且，上述偏转形态容易发生较大的所谓的“扫描线弯曲”。扫描线弯曲的发生量随着扫描光束在副扫描方向的入射角(≠0)而不同，从而，在用各色调色剂将各束扫描光束所描绘的静电潜像可视化以及重合而得到的彩色图像中出现色偏离。

对此，申请人首先在专利文献2(JP特开2006-72288号公报)中提出了能够有效解决上述波前像差以及扫描线弯曲问题的斜入射扫描装置。

在上述专利文献2公开的光扫描装置中，扫描成像光学系用两片透镜构成。

其中，多束扫描光共同使用位于转动多面镜一方的透镜，而设置在被扫描面一方的透镜则为各束扫描光束个别设置，由于从光偏转器到被扫描面的光路具有一定长度，因此该光路的布置自由度受到一定限制。

发明内容

鉴于以上所述，本发明所要解决的问题在于，用单一透镜体构成扫描成像光学系的透镜，以进一步简化斜入射方式的光扫描装置，有效抑制波前像差的增大，实现良好的光扫描，同时还对扫描线弯曲进行有效的补偿。

本发明的光扫描装置构成为，将光偏转器的偏转反射面围绕平行于该偏转反射面的轴转动，来偏转扫描光束，用该光偏转器中的同一个偏转反射面同时对用于扫描多个被扫描面的多束扫描光束进行偏转，并用扫描透镜将偏转后的扫描光束分别汇聚到多个被扫描面上，以对多个被扫描同时进行光扫描。

如上所述，“光偏转器”采用偏转反射面转动方式，其中，偏转反射面的转动轴与该偏转反射面平行。

最常用的上述光偏转器为转动多面镜(以下称为多角镜)，但本发明并不局限于此，除此之外，还可以使用具有两个偏转反射面的转动两面镜或转动单独偏转反射面的转动单面镜。

上述光偏转器用同一个偏转反射面同时偏转多数扫描光束。

上述被同时偏转的光束可同时扫描多个被扫描部。

也就是说，各束扫描光束对各个被扫描部进行光扫描。

各束扫描光束虽然为单一扫描光束，但也可集合多束单一光束作为多束光束的集合，来对被扫描部进行多光束光扫描。

实际上的被扫描部为光导性感光媒体的感光面，多个被扫描面既可以是互不相同的感光媒体的感光面，也可以是设于相同感光面上的不同部位的多个被扫描部。

(1)本发明的一个方面为，提供一种光扫描装置，其具有如下特征。

即，对多个被扫描部同时进行光扫描的多束扫描光束以副扫描方向上互不相同的入射角入射到该光偏转器的同一个偏转反射面上。

也就是所，本发明的光扫描装置采用上述斜入射方式。

扫描透镜为经该同一个偏转反射面偏转后的多束扫描光束共同使用、且形成为单一透镜体。也就是说，斜入射到同一个偏转反射面上的多束扫描光束偏转后入射到该单一的扫描透镜上。

所谓扫描透镜为单一透镜体是指，从扫描透镜到多个被扫描部的各条光路上只有该一个扫描透镜具有折射成像功能。

当然，为了形成从扫描透镜分别到达多个被扫描部的光路，须要使用一个以上的反射镜。

扫描透镜具有以下特征。即该扫描透镜中位于偏转反射面一方的面被形成为单一入射面，而位于被扫描部一方的面则形成为对应于各个被扫描部且在副扫描方向分开的多个发射面。

即，经光偏转器偏转后的多束扫描光束入射到扫描透镜的单一入射面后，其从该扫描透镜的发射面发射时，在副扫描方向上被分开，并按照将进行光扫描的被扫描部，从预定的发射面发射。

设多束扫描光束的数量为n，则据此被扫描部的各束也为n。因此，从扫描透镜的发射面在副扫描方向被分离为n面的发射面。

设经光偏转器偏转后的扫描光束在副扫描方向从第一个到第n个，通常用第i个扫描光束来进行说明时，第i个扫描光束入射到共同的扫描透镜的入射面后，在副扫描方向从第i个发射面发射，以扫描第i个被扫描部。

上述n的最小值为2，最大值大致为4-6。

经偏转后的第i个扫描光束受到扫描透镜中的入射面和第I个发射面的透镜作用，在第I个被扫描面上汇聚。

入射面被形成为，在副扫描方向的折射力随着接近主扫描方向的周边逐渐减小。

而进行发射的n个发射面，则被形成为分别在主扫描方向和副扫描方向上均具有正的折射力的面。

关于上述入射面在副扫描方向的折射力随着接近主扫描方向的周边逐渐减小一文是指，随着从主扫描方向的中间部向周边接近，该入射面的副扫描方向的折射力逐渐向着负方向变化。

主扫描方向的中间部具有副扫描方向的正的折射力时，随着沿主扫描方向接近周边，副扫描方向的正的折射力逐渐变小，而主扫描方向的周边部具有较小的正的折射力，或者在接近周边的途中，副扫描方向的折射力便为负值，则有可能进一步增大负的折射力。

各个发射面在主扫描方向和副扫描方向均具有正的折射力。因此发射面均呈图面形状。优选主扫描方向和副扫描方向之间折射力不同的艾奈莫尔费像变透镜(anamorphic lens)。

(2)本发明的另一个方面为，根据(1)所述的光扫描装置，其中，扫描透镜的入射面的主扫描方向中心部不具有副扫描方向的曲率。此时，入射面的副扫描方向的折射力在主扫描方向中心部为0，而在主扫描方向，则随着接近轴间部，负的折射力逐渐增大。

(3)本发明的另一个方面为，根据(1)或(2)所述的光扫描装置，其中，优选在扫描透镜和各个被扫描面之间设置光学元件，该光学元件中的至少一个侧面被赋予副扫描方向的倾斜偏心面，该倾斜偏心面的相对于在主扫描方向和副扫描方向上均没有曲率的面的倾斜偏心角度，随着该光学元件在主扫描方向位置而变化。倾斜偏心面既可以是透射扫描光的面，也可以是反射面。该倾斜偏心面的形状取决于斜入射方拾音器的扫描线弯曲的补偿。

(4)本发明的另一个方面为，根据(1)或(2)所述的光扫描装置，所述的光扫描装置，其中，受到光偏转器中同一个偏转反射面偏转的扫描光束扫描的被扫描部的个数为两个，所述扫描透镜的发射面为沿副扫描方向分开的两个发射面，该两个发射面为具有相同形状的特殊面，该特殊面的副扫描方向的曲率半径随着接近其主扫描方向的周边而变化。

(5)本发明的另一个方面为，根据(4)所述的光扫描装置，其中，射向两个不同的被扫描部的扫描光束在副扫描方向上以对称的入射角(≠0)入射到同时偏转该两束扫描光束的偏转反射面上。

(6)本发明的另一个方面为，根据(5)所述的光扫描装置，其中，使得各束扫描光束在光偏转器的偏转反射面上的反射位置向副扫描方向偏离，设该偏离的偏离量为η，该偏离被设定为，偏离量为η时的入射角度比偏离量为0时的入射角度小0.5～1°。

(7)本发明的另一个方面为，一种光扫描装置，其中，用转动多面镜作为光偏转器，并将两台上述(4)至(6)中任意一项所述的光扫描装置相对于该转动多面镜对称设置，共同使用该转动多面镜，用于对四个被扫描部同时进行扫描。

(8)本发明的另一个方面为，一种图像形成装置，通过实行电子照相处理来形成图像，其特征在于，具备上述(1)至(7)中任意一项所述的光扫描装置，用以实行电子照相处理中的曝光处理。

在此补充一点，由于对扫描透镜的各个发射面赋予将扫描光束汇聚到被扫描部的功能，为此，发射面具有正的大折射力，容易发生波前像差。

而将入射面形成为在副扫描方向的折射力随着接近主扫描方向的周边逐渐减小的特殊面，根据该特殊面的形状，对射向具有正的大折射力的各个发射侧面的、构成扫描光束的光线的入射高度以及入射角度进行补偿、可补偿波前像面劣化(光束扭曲)，并将扫描光束汇聚到被扫描部上的一点。

如上所述，本发明可提供一种新型光扫描装置以及图像形成装置。本发明的光扫描装置以斜入射方式同时扫描多个被扫描部，而且能够良好地抑制波前像差的发生，实现良好的光扫描。

进而，通过采用具有一面以上的倾斜(tile)偏芯面的光学元件，能够大大减轻斜入射方式所引起的扫描线弯曲。

附图说明

图1A和图1B是用于说明光扫描装置中的光学设置的示意图。

图2是从主扫描方向观察从光偏转器4到各个被扫描面S1和S2之间的扫描光束的光路的示意图。

图3是用于说明当扫描透镜的入射面和发射面均为一个面时存在的问题的示意图。

图4是用于说明利用本发明的扫描透镜时的情况的图。

图5是用于说明将扫描光束在偏转反射面上的位置项副扫描方向偏离的意义的图。

图6是图像形成装置的一个实施方式。

1A、1B  光源(半导体激光)

2A、2B  耦合透镜

3A、3B  柱形透镜

4       光偏转器(多角镜)

5       扫描透镜

50      描透镜的入射面

5A、5B  扫描透镜的发射面

S1、S2  被扫描面

具体实施方式

以下具体说明本发明的实施方式。

图1是用于说明光扫描装置的一种实施方式的示意图。

在图1A中，作为光源的半导体激光光源1A、1B和耦合透镜2A、2B以及柱面透镜3A、3B被设置为在正交于图表面的方向(副扫描方向)上重叠。

耦合透镜2A将半导体激光光源1A发射的发散性光束转换成可适应以后的光学系的光束形态。

柱面透镜3A将通过耦合透镜2A的光束沿副扫描方向汇聚，而后入射到作为光偏转器的多角镜4的偏转反射面。

与上述相同，耦合透镜2B将半导体激光光源1B发射的发散性光束(扫描光束)转换成可适应以后的光学系的光束形态后，柱面透镜3B将通过耦合透镜2B的光束沿副扫描方向汇聚，而后入射到作为光偏转器的多角镜4的偏转反射面。

经过耦合透镜2A、2B转换后的光束形态既可是平行光束，也可是弱发散性或弱汇聚性光束。

这些扫描光束在耦合透镜与偏转反射面之间的光路上还受到未图示的光圈开口部对其进行光束整形。

如上所述，半导体激光光源1A、1B发射的扫描光束入射到多角镜4的同一个偏转反射面上，并在偏转反射面附近成像，形成其长度为沿着主扫描方向的线像，而入射到偏转反射面的入射为斜入射，该入射朝着副扫描方向倾斜。

关于扫描光束在偏转反射面上的斜入射的入射角(以下称为斜入射角)的设定，可将光源1A、1B、耦合透镜2A、2B、以及柱面透镜3A、3B所形成的光路设为倾斜，也可用反射镜来弯曲从光源到多角镜之间的光路。

另外，还可以将柱面透镜3A、3B的光轴向副扫描方向移动，使射往偏转反射面的光束具有斜入射角。

图1B是以副扫描方向为上下方向来说明入射偏转反射面后受到反射的两束扫描光束的状态的示意图。

如图1B所示，被反射的扫描光束向着副扫描方向张开地行进并入射到扫描透镜5。

受到偏转反射面反射的两束扫描光束随着多角镜4的等速转动而发生等角速度偏转，而后，经扫描透镜5的作用，分别向被扫描部的被扫描面S1、S2汇聚。这样，两束扫描光束在被扫描面S1、S2上形成各自的光点，分别对各个扫描面S1、S2进行光扫描。

在对被扫描面S1进行光扫描的扫描光束的光路上设置光学元件6A，在对被扫描面S2进行光扫描的扫描光束的光路上设置光学元件6B。

图2是从主扫描方向观察从光偏转器4到各个被扫描面之间的扫描光束的光路的示意图。

在图2中，用虚线表示与光偏转器4的转动轴正交，并在副扫描方向将偏转反射面一分为二的假想平面，并设该虚线以下的区域为区域A，虚线以上的区域为区域B。

被多角镜4的偏转反射面反射到区域A的扫描光束为图1A中半导体激光光源1A发射的扫描光束，其透射扫描透镜5后，受到光路反射镜7A反射，而后透射光学元件6A，对成为被扫描面S1的实体的光导性感光鼓ST2进行光扫描。

被多角镜4的偏转反射面反射到区域B的扫描光束为图1A中半导体激光光源1B发射的扫描光束，其透射扫描透镜5后，依次受到光路反射镜7B1、7B2的反射，而后透射光学元件6B，对成为被扫描面S2的实体的光导性感光鼓ST2进行光扫描。

也就是说，通过光路反射镜7A以及7B1、7B2分离两束扫描光束的光路，并分别引导到各自对应的被扫描面即感光鼓上。

在本实施方式中，将形成由偏转反射面反射到区域A的扫描光束光路的反射镜7A的数量设置为奇数(一片)，而将形成通过偏转反射面反射到区域B的扫描光束光路的反射镜7B1、7B2的数量设置为偶数(两片)。

该光学设置可使得斜入射光学系中发生的扫描线弯曲方向一致，减少在形成彩色图象时发生的重合图像中的色偏离。

如图2所示，通过将偏转装置即多角镜4的偏转反射面反射的、从多个光源装置发射的扫描光束，形成为与多角镜4的偏转反射面的法线成一定角度的扫描光束，即与副扫描方向成一定角度的扫描光束，可减少多角镜的副扫描方向宽度，该多角镜在构成光扫描装置的部件中所占制造成本比率较大，降低材料成本以及制造成本，同时还能够降低电力消费或噪音，提供优于环境的光扫描装置。

下面说明扫描透镜5。

如图2所示，扫描透镜5为受多角镜中的同一个偏转反射面同时偏转的所有扫描光束共用的透镜。

扫描透镜5为具有一个入射面5A和两个发射面5A、5B的单一透镜体，在本实施方式中，入射面5A被设为在主扫描方向的中心不带有副扫描方向的曲率，而主扫描方向(与图表面正交的方向)的曲率则随着接近透镜的周边而发生变化。

入射面50在副扫描方向上的曲率除了主导描方向上的中心部以外都具有负的折射力。在入射面50上进行下述波前像差补偿。

在扫描透镜5发射一方形成互相分离的发射面5A、5B，其分别对应于射往不同被扫描面S1、S2的扫描光束。为了在各自对应的被扫描面上成像形成光点，该发射面5A、5B具有正的折射力。

在副扫描方向分离形成的两个发射面5A、5B形状相同，并被构成为在主扫描方向上副扫描方向的曲率发生变化。

图2所示的截面位于扫描透镜5的主扫描方向中心向主扫描方向偏离的位置，为此，入射面50的截面形状不是直线形状而是成为凹曲线。

下面说明波前像差补偿。

扫描透镜的入射面在主扫描方向上的形状并不局限于以偏转反射面中的扫描光束的反射点为中心的圆弧形状，偏转反射面到扫描透镜的入射面之间的距离随像高而变化。

在一般情况下，采用上述形状的扫描透镜(入射面在主扫描方向上的形状为以偏转反射面中扫描光束的反射点为中心的圆弧形状)很难实现所需的光学性能。因此，一般的扫描透镜中，经光偏转器偏转后的扫描光束以与主扫描方向呈一定入射角入射，而不是如图1所示地在扫描透镜5的入射面上以主扫描截面(平行于图表面)中的射影状态垂直于入射面入射。

扫描光束经光偏转器4偏转后，作为光束，在主扫描方向上具有一定宽度，该光束中的主扫描方向两端的光线从偏转反射面到扫描透镜入射面位置的距离不同。

由于偏转反射面上的入射是斜入射，因此主扫描方向两端的光线在副扫描方向具有一定角度。这些光线在入射面上入射的位置在副扫描方向上各不相同，为此，扫描光束以扭曲状态入射到扫描透镜的入射面上。

在斜入射方式中，经多角镜的偏转反射面反射的各束扫描光束以不同的副扫描方向高度来入射到扫描透镜的入射面上。

但是，从副扫描方向观察，在与中心像高相对应的主扫描方向中心部，扫描光束几乎垂直入射到扫描透镜入射面上，为此，光束中的各根光线(例如在光束整形用的光圈开口部中的副扫描方向上的中心以及主扫描方向两端的三根光线)并没有以不同的副扫描方向高度来入射扫描透镜。

为此，射向中心像高的扫描光束没有上述扭曲状态，没有发生波前劣化，而是保持了良好的光点直径。

但是，对于与周边像高相对应的主扫描方向周围部分，由于如上所述，从多角镜到扫描透镜入射面位置的距离不同，扫描光束内部各根光线在副扫描方向上的入射高度不同，光束发生扭曲状态，为此，发生波前像差劣化，光点直径变大，光束无法在被扫描面上汇聚成一点，即发生所谓的光点直径增大。

如图1A所示，越是接近主扫描方向的周边像高，扫描光束射向扫描透镜的入射角越大，扫描光束中主扫描方向两端的光线在副扫描方向上的入射位置的偏离越大，光束扭曲就越严重，因此，主扫描方向两端的光线越是接近周边，波前像差劣化引起的光点直径增大就越是显著。

为了补偿波前像差，需要对入射到具有副扫描方向的大折射力的透镜表面上的光线的入射高度进行补偿，使得扫描光束在被扫描面上汇聚成一点。

在上述说明中，扫描透镜中具有副扫描方向的大折射力的表面为发射面5A、5B。

入射面50中的主扫描方向的周边部在副扫描方向上具有负的折射力，该入射面50被形成为其曲率半径从主扫描方向的中心起向着周边逐渐减少的特殊表面(折射力逐渐减少的特殊表面)。

该入射面50所具有的特殊形状，能够对射向具有正的大折射力的发射面5A、5B的、构成扫描光束的光线的入射高度以及入射角进行补偿，从而使得上述光束扭曲补偿成为可能，抑制波前像差劣化，使得的扫描光束能够良好地汇聚到被扫描面S1、S2上。

如上所述，射向主扫描方向中心的扫描光束不发生光束扭曲，为此不发生斜入射引起的波前像差劣化。据此，扫描透镜5的入射面50中位于主扫描方向的中心部可以不具有副扫描方向的曲率。

此时，入射面50的副扫描方向的折射力成为在主扫描方向的中心部为0，且随着接近主扫描方向的周边逐渐增大。

扫描透镜5中，发射面5A、5B被设为分别对应射向不同被扫描面S1、S2的扫描光束，为了将扫描光束汇聚到这些被扫描面上，发射面5A、5B具有正的折射力。

在副扫描方向上由于只有发射面具有汇聚射向被扫描面的功能，因此，发射面5A、5B具有正的大折射力。

尤其是对于入射面50的副扫描方向的折射力，在使得主扫描方向中心部为0时，主扫描方向周边部便成为具有负的折射力，为此，发射面5A、5B的副扫描方向的正的折射力在主扫描方向周边部便会变得更大。

如图2所示，发射面5A、5B被形成为在副扫描方向邻接。

即使将发射面和入射面形成为同一表面，也能够在被扫描面S1、S2上成像形成光点。

图3显示了用于说明该情况的示意图。图3的上下方向为副扫描方向，标记5L表示入射面和发射面为同一面的单透镜结构的扫描透镜。

为了在被扫描面上汇聚扫描光束，发射面的副扫描方向的正的折射力大，如图3所示，在斜入射方式中，由于扫描光束通过副扫描方向的光轴外，通过透镜5L后的扫描光束向互相接近方向折射，通过透镜5L后的扫描光束在副扫描方向上的间隔变得狭窄，从而难以设置光路弯折镜，其用于对引导上述扫描光束射向不同被扫描部的光路进行分离。

在此状况下，为了确保扫描光束在光路分离位置中的副扫描方向的光束间距，需要增大斜入射角，以增大经偏转反射面反射的扫描光束在副扫描方向的张开角度，但这样一来，扫描透镜5L的光学特性便会发生严重劣化，难以进行补偿。

而且，为了进行补偿，需要增大透镜5L的入射面的负的折射力，产生进一步增大发射面的正的折射力的需求，为此，如果发射面的副扫描方向的曲率半径变得更小，则会发生发射面加工困难，或透镜5L偏心等误差引起的光学特性严重劣化等问题。

进而，当透镜加工误差或组装误差造成扫描光束射向透镜5L的入射位置向副扫描方向发生移动时，入射位置中的主扫描方向的形状将发生大幅度变化，主扫描方向发生严重像面弯曲等，从而难以确保获得稳定的光学特性。

对此，上述实施方式中扫描透镜5的射出方面副扫描方向相邻的两个发射面5A、5B构成。

如图4所示，扫描光束通过发射面5A、5B的光学基准轴5A1、5B1附近，可以缓和发射面引起的副扫描方向的折射，从而缓和通过透镜后的扫描光束在副扫描方向上的间隔变得狭窄。

换而言之，能够在维持对扫描光束的成像作用的同时，保持上述扫描光束间隔。

另一方面，入射面50最适用于如图4所示的，为了使得两根扫描光束通过与光学基准轴501相距一定距离的位置，最好是改变射向发射面5A、5B的光线方向。此外，多束扫描光束可使用同一个面。

每个透镜面均存在光学基准轴501、5A1、5B1。

该光学基准轴被定义为，分别位于包括表示扫描透镜5中多个光学面50、5A、5B计算式的原点的平面内，且垂直于光偏转器的偏转反射面的转动轴，并分别通过表示各个光学面50、5A、5B的计算式的原点。

为此，光学基准轴501、5A1、5B1在副扫描方向相互平行。

主扫描方向上的副扫描方向的曲率发生变化的面用以下计算式表示。

当设平行于主扫描方向的截面即主扫描截面内的近轴曲率半径为RY，光学基准轴至主扫描方向之间的距离为Y，光学基准轴至副扫描方向的距离为Z，高次方系数为A、B、C、D……，并设定垂直于主扫描截面的副扫描截面内的近轴曲率半径为RZ时，面形状X(Y，Z)可用下式表示。

$X(Y,Z)=\frac{Y^2\·\mathrm{Cm}}{1+\sqrt{1-(1+K)\·{(Y\·\mathrm{Cm})}^2}}+A\·Y^4+B\·Y^6+C\·Y^8+D\·Y^{10}+E\·Y^{12}+\·\·\·$

$+\frac{\mathrm{Cs}\left(Y\right)\·Z^2}{1+\sqrt{1-{(1-\mathrm{Cs}\left(Y\right)\·Z)}^2}}$

                                                式1

式1中，

Cm＝1/RY，

Cs(Y)＝1/RZ+aY+cY²+cY³+dY⁴+eY⁵+fY⁶+gY⁷+hY⁸+iY⁹+jY¹⁰+…

a、b、c、d为高次方系数。

在以上说明的实施方式的光扫描装置中，透镜5被形成为，用一片构成的扫描透镜5形成具有一个入射面50和两个发射面5A、5B的单一透镜，入射面50为凹面，其中，主扫描方向的中心不具有副扫描方向的曲率，而在主扫描方向随着接近周边，副扫描方向的曲率逐渐变大，发射面5A、5B被形成为分别与射向不同被扫描面S1、S2的扫描光束相对应、且在副扫描方向相邻接。通过形成这样的透镜，能够补偿斜入射光学系特有的波前像差劣化，获得良好的扫描透镜的光学形成。

而且，按照扫描光束将射出方面分设为发射面5A、5B，并使得扫描光束通过这些光学基准轴5A1、5B1附近，从而能够在不增大斜入射角的情况下进行分离多束扫描光束，以将多数扫描光束引导到不同被扫描面S1、S2，防止光学性能劣化。

进而，相比于设置个别对应于每束扫描光束的扫描透镜，多束扫描光束使用同一个扫描透镜可以减少扫描透镜的数量，降低光扫描装置的成本。

在斜入射光学系中，如果不共同使用同一个扫描透镜，而是在副扫描方向上重叠设置扫描透镜，则需要加大多个扫描透镜之间在副扫描方向上的间隔，这会造成斜入射角增大，引起波前像差劣化或扫描线弯曲发生变得严重。而本发明通过多束扫描光束使用同一个单一扫描透镜，可有效减轻上述问题。

如果不共同使用同一个扫描透镜，而是在副扫描方向上排设多个列扫描透镜，则需要具被用于各个扫描透镜的透镜面有效范围外的增强用肋，其造成副扫描方向上的相邻扫描光束之间相距一定距离，从而增大了斜入射角，加重了光学性能劣化。

对于不改变斜入射角而加宽相邻扫描光束之间间隔，需要将扫描透镜设置为远离光偏转器，尤其需要提高主扫描方向上的折射力，为此增加了透镜厚度，造成扫描透镜大型化并致使成本上升。

进而，用于在副扫描方向重叠的扫描透镜的相互固定的粘结工序还会在组装中引起如需要良好精度的定位等问题的发生。

共同使用的扫描透镜可以一体形成，这不但能够减少光扫描装置的元件，而且可以减小元件之间发生的偏差。

而且，当共同使用的扫描透镜被用于彩色图像形成时，可减小对应于各色的描光束的元件的公差之间的偏差，可获得稳定的各色光学性能。

对于射往不同被扫描面的扫描光束，优选使得这些光束在副扫描方向上，相对于垂直光偏转器转动轴的平面，以对称角度入射扫描透镜。此时，可将相对于光偏转器偏转反射面的法线的副扫描方向的入射角度设为最小。

另外，对于与各束扫描光束相对应的发射面，可以将其设为相同形状，并且可以形成为在副扫描方向上相对于入射面的光学基准轴对称。

这样的对称形状便于扫描透镜的成形，而且可提高成形时的形状精度。进而，在设计时，可以仅针对发射面的扫描光束实行设计，提高开发效率。

以上说明了对于斜入射光学系特有的光学性能劣化的补偿，对于波前像差虽然可以进行上述补偿，但是，需要补偿的波前像差量自然是以小为佳，从这一点出发，入射角越小对波前像差补偿越有利。

如上所述，射向不同被扫描面的扫描光束在通过扫描透镜之后经光路反射镜引导，射向各自对应的被扫描面(实际上为感光体的感光面)。此时为了使得各束扫描光束能够分离，换言之，为了设置光路反射镜，需要在扫描光束之间设置副扫描方向的间隔。

上述间隔大小随斜入射角变化。

出于光扫描装置小型化，优选对经过扫描透镜的各束扫描光束进行分离的分离位置设置在紧随扫描透镜之后，但是，该分离位置离光偏转器的距离较短，因此，必须增大斜入射角，以确保分离所需的光束间隔。

换言之，光扫描装置的小型化容易引起斜入射角增大。

在上述实施方式中，扫描透镜5的发射面5A、5B对应于各束扫描光束，为此也需要确保副扫描方向的扫描光束间隔，以确保形成各个发射面所需要的大小。

此外，还可以通过将扫描透镜接近光偏转器设置来实现光扫描装置的小型化以及扫描透镜的小型化，但此时，必然会造成斜入射角增大。

在上述的实施方式中，如图2所示，各束扫描光束在光偏转器4的偏转反射面上的反射位置相对于包含扫描透镜5的入射面50的光学基准轴(以虚线表示)与副扫描方向相垂直的面，在偏转反射面的转动轴方向相互分开。

如图5所示，在作为偏转器的多角镜4的偏转反射面上，以虚线表示扫描光束在副扫描方向上交叉，并以实线表示扫描光束的反射位置在副扫描方向上发生偏离，对比这两种情况可知，后者即反射位置在副扫描方向上发生偏离的扫描光束，能够以较小的张开角(取决于斜入射角)，获得图5所示的分开所需要的间隔(设置用于进行光路分离的光路反射镜所需要的间隔)。

因此如图5，使得扫描光束在偏转反射面上的反射位置沿副扫描方向偏离，这不但能够保证用于分离射向所对应被扫描面的光路所需要的副扫描方向的光束间隔，而且还能够减小斜入射角，使其从虚线表示的状态变为以实现表示的状态。

但是，扫描光束在偏转反射面上的反射位置沿副扫描方向发生偏离，会带来多角镜的偏转反射面的副扫描方向宽度增大，从而使多角镜的制造成本上升，而且需要考虑多角镜的驱动消费电能或噪音的增大。

对于扫描光束在偏转反射面上的反射位置在副扫描方向发生偏离所带来的偏转反射面的副扫描方向宽度，优先将该宽度控制在普通多角镜厚度即3mm左右。

在斜入射方式中，大多将斜入射角设为3～5°，而斜入射角增加1°，则会引起相当大的光学特性劣化(波前像差劣化)。

为此，如上所述，反射位置在副扫描方向上发生偏离使得斜入射角减小，该减小量即使小到0.5～1°，依然能够对减轻光学特性劣化发挥显著效果，保证获得稳定的光学特性。

也就是说，当设各束扫描光束在光偏转器的偏转反射面上的反射位置在副扫描方向上偏离量为η(大于0)时，如果将该偏离量η设定为此时的入射角要比η＝0时(图5中以虚线表示扫描光束的情况)的入射角小0.5～1°，则不必增大多角镜厚度便能够有效减轻波前像差劣化，有利于用扫描透镜进行补偿。

对此将在下述实施例中说明。

在图1所示的实施方式中，在扫描透镜5和被扫描面S1、S2之间设置光学元件6A、6B。

光学元件用于补偿斜入射方式引起的“扫描线弯曲”，本实施方式使用的光学元件6A、6B呈透明的板状，其两侧面被形成为倾斜(tilt)偏心面。

也就是说，光学元件6A、6B的基本形状为板状，其中的倾斜偏心面被形成为，对其两个侧面即在主扫描方向和副扫描方向均不具有曲率的面赋予副扫描方向的倾斜偏心角度，该倾斜偏心角度随着光学元件6A、6B在主扫描方向位置而不同。

这样，当扫描光束通过具有倾斜偏心面的光学元件6A、6B时，可通过倾斜偏心角来使得扫描光束在副扫描方向折射。通过将随着主扫描方向的位置而变化的倾斜偏心角度设定为可对扫描光束的扫描线弯曲进行补偿，从而补偿扫描线弯曲。

采用在扫描透镜5和被扫描面S1、S2之间的特殊倾斜偏心面出于如下理由。

即，对于扫描光束，利用其作为光束越接近被扫描面越是汇聚在一起，光束内的光线群不易受到光学元件中的倾斜偏心面的影响。

如果倾斜偏心面位于扫描光束作为光束还未被充分汇聚的位置(构成光束的光线范围较大的位置)，则倾斜偏心面对于构成扫描光束的光线的作用随着光线在主扫描方向上的位置而大不相同，光束内的每根光线在副扫描方向的折射角度也会产生变化，从而扫描光束发生光束扭曲，引起波前像差劣化。

而在扫描透镜5和被扫描面S1、S2之间，扫描光束可通过扫描透镜的主扫描方向的正的折射率而在主扫描方向上得以汇聚，因此即便使用倾斜偏心面，也能够有效控制光束扭曲的发生，因此可对扫描线弯曲进行补偿，而不会引起波前像差显著劣化。

根据以上所述可以明确，倾斜偏心面的设置位置应尽量接近被扫描面。

此外，在接近被扫描面的位置，汇聚到各个像高的扫描光束束经较小，因此，可较细致地设定倾斜偏心面的偏心量，对扫描线弯曲进行良好的补偿。

倾斜偏心面的表面形状可用下式2表示。

当设包括光学基准轴且平行于主扫描方向的截面即“主扫描截面”内的近轴曲率半径为RY，光学基准轴至主扫描方向之间的距离为Y，光学基准轴至副扫描方向的距离为Z，高次方系数为A、B、C、D……，在平行平板的情况下，RY、RZ均为无穷大(即曲率半径充分大到没有折射力)。另外，A的系数为0。

$X(Y,Z)=\frac{Y^2\·\mathrm{Cm}}{1+\sqrt{1-(1+K)\·{(Y\·\mathrm{Cm})}^2}}+A\·Y^4+B\·Y^6+C\·Y^8+D\·Y^{10}+E\·Y^{12}+$

$\·\·\·\frac{\mathrm{Cs}\left(Y\right)\·Z^2}{1+\sqrt{1+{(1-\mathrm{Cs}\left(Y\right)\·Z)}^2}}+(F0+F1\·Y+F2\·Y^2+F3\·Y^3+F4\·Y^4+\·\·\·)Z$

                                                   式2

其中，Cm＝1/RY，Cs(Y)＝1/RZ。

在上式中“(F0+F1·Y+F2·Y²+F3·Y³+F4·Y⁴+…)Z”部分为表示倾斜量的部分，当F1、F2、…不为0时，倾斜量沿主扫描方向上变化。

即式右边部分的最后一项与副扫描方向坐标Z为线形关系，“(F0+F1·Y+F2·Y²+F3·Y³+F4·Y⁴+…)Z”部分为线形关系的系数，与倾斜角α之间具有如下关系。

tanα＝F0+F1·Y+F2·Y²+F3·Y³+F4·Y⁴+…

由于系数部分随主扫描方向的距离Y变化，因此倾斜角α在主扫描方向变化。通过设定该变化来补偿扫描线弯曲。

进而，优选将光学元件设置在被扫描面及感光体附近位置，这样的结构，可使得该光学元件具备防尘玻璃的功能，密封光扫描装置以防止调色剂或灰尘进入，能够在不增加元件数量的情况下提供具有良好光学形成的光扫描装置。

上述例举的扫描透镜的形状或表示上述倾斜偏心面形状的解析表示并不仅限于采用式1或式2，也可以用其他表示公式来确定同样的面形状。

以上说明了用两束扫描光束同时扫描两个被扫描部(被扫描面S1、S2)的实施方式。

利用本发明的光扫描装置同时对全彩色用的4个被扫描面进行光扫描时，可在感光体排列方向并排设置上述说明的两台光扫描装置，此外，由于转动多面镜在光扫描装置中价格相对昂贵，因此还可以共同使用一个转动多面镜，从该转动多面镜的转动轴两侧，分别将两束将扫描光束斜入射到位于互相相反侧面的偏转反射面上。

此时，所有扫描光的斜入射角(与垂直于转动轴的平面之间的角度)相同，从而可将扫描透镜从现有技术的4～8片中减少2片，同时，黑能够获得良好的光学性能，实现装置的小型化并降低成本。

图6是图像形成装置的一个实施方式。

该图像形成装置为采用上述共同使用同一个转动多面镜类型作为光扫描装置的串接型全彩色激光打印机。

如图6所示，在装置内部的下部设置供纸盒13，其上部设有输送带17。

输送带17的上方，沿着垂直于感光体转动轴的方向从右至左依次设置光导性鼓状感光体7Y、7M、7C、7K。上述标记7Y～7K中的Y表示黄色，M表示品红色，C表示青色，K表示黑色。在其他标记中的这些标记也表示相同意义。

也就是说，感光体7Y用于形成构成彩色图像的色成分图形中的黄色图像，感光体7M、7C、7K分别用于形成品红色图像、青色图像、黑色图像。

各台鼓状感光体7Y、7M、7C、7K被形成为具有相同直径，其周围分别按照电子照相处理过程，沿着感光体转动方向，依次设置实行各种处理的处理装置。

以感光体7为例，该感光体7Y周围按顺时针方向依次设置充电器8Y、显影装置10Y、转印充电器11Y、清洁装置12Y。其他感光体7M、7C、7K周围与此相同。

在感光体7Y、7M、7C、7K上部设置光扫描装置30。

光扫描装置30为两台光扫描装置共同使用一台光偏转器即多角镜的组合，光扫描装置为图1和图2说明的实施方式的光扫描装置，从两侧夹着偏转反射面的转动轴。

光扫描装置30用黄色图像数据～黑色图像数据转换为信号的扫描光束，在充电器和显影装置之间的光扫描部，对各个感光体7Y、7M、7C、7K进行光扫描。

光偏转器即多角镜为4根扫描光束共同使用，图的右方以斜入射方式入射的两根扫描光束对感光体7Y、7M进行光扫描，图的左方以斜入射方式入射的两根扫描光束对感光体7C、7K进行光扫描。

扫描透镜包括对感光体7Y、7M进行光扫描的扫描光束共用的一片和对感光体7Y、7M进行光扫描的扫描光束共用的一片，共计两片。

输送带17周围设有位于感光体7Y上游(右方)的定位辊16和带分离充电器21，位于感光体7K的戴转动方向的下游的贷分离充电器21、消电充电器22、清洁充电器23等沿着带转动方向按上述顺序设置。

定影装置24被设置在带分离充电器21的转印纸输送方向下游，排纸辊25将定影后的转印纸排出到排纸盘26上。

在全彩色模式(多色模式)中，通过充电器对感光体7Y、7M、7C、7K充电以及光扫描装置30的光扫描，形成对应各色图像的静电潜像。

该静电潜像通过对应的显影装置以各色调色剂进行显影，成为调色剂图像。转印纸S从供纸盒开始，通过供纸辊14、输送辊15的输送，并通过定位辊16配合转印时机，载置到输送带17的上表面上。

带充电器20对输送带17充电而使其外周表面部带电，由定位辊16载置到输送带17上的转印纸被静电吸附在输送带17的外周表面上输送，各色调色剂图像从感光体7Y、7M、7C、7K依次转印到该转印纸上。

经过转印的各色调色剂图像被重叠到转印纸上，从而形成全彩色图像。定影装置24将该形成的全彩色图像定影到转印纸上，而后通过排纸辊25排纸，输出到排纸盘上。

以下根据图1所示的实施方式来说明一例扫描透镜5的具体形状和装设。

光源即半导体激光1A、1B发射的光束的波长为659nm，对从该光源发射的扫描光束进行耦合的偶合透镜2A、2B的焦距为27mm，通过该耦合透镜，各束扫描光束通过这些耦合透镜被转变为大致平行光束，并通过仅带有副扫描方向折射力的柱形透镜3A、3B，在光偏转器4的偏转反射面附近成像，作为主扫描方向长的线像。

柱形透镜3A、3B在副扫描方向的焦距为46.67mm(波长为659nm)。

光偏转器4的内接圆半径为7mm，偏转反射面的数量为4面多角镜。

上述耦合透镜2A、2B为玻璃材料，其对于光源波长为659nm波长的折射率为1.6894。上述柱形透镜3A、3B为树脂材料，其对于光源波长为659nm波长的折射率为1.5271，形成用于补偿温度变动引起的线像成像位置变动的折射面。

上述补偿是考虑到扫描透镜5在副扫描方向的倍率高，其使得温度变动引起的线像成像位置变动不至于影响光扫描。

从光源入射到多角镜上的扫描光束相对于偏转反射面的斜入射角为3°。在偏转反射面上，副扫描方向上各束扫描光束的反射点之间相距1mm。即各个反射位置相对于扫描透镜5的入射面的光学基准轴分别向副扫描方向移动约0.5mm。受偏转反射面反射的各束扫描光束以副扫描方向上的张开角为6°射向扫描透镜入射面。

与各个被扫描面相对应的两束扫描光束以±3°的斜入射角斜入射到偏转反射面上。从如图1A所示的副扫描方向观察时，各束扫描光束以相对于扫描透镜5的入射面的光学基准轴约为68°的主入射角入射扫描透镜5的入射面。

在多角镜4到被扫描面S1、S2之间的区域中，多角镜4的转动中心到扫描透镜5的入射面之间的距离为32mm。上述转动中心到入射面的光学基准轴之间在主扫描方向上的距离为2.9mm。

关于扫描透镜5，用于形成的材料相对于光源波长659nm的折射率为1.5271，中心厚度为13.8mm，从发射面到被扫描面S1、S2之间的距离被设置为154.2mm。

光学元件6A、6B被设置在从被扫描面S1、S2射向扫描透镜5的途中，与被扫描面S1、S2相距90mm的位置上。

光学元件6A、6B为两个侧面平行的平板，其厚度为1.9mm，相对于光源波长659nm的折射率为1.51425的平板，该两个侧面上设有下述的倾斜偏心面形状，并兼用于光扫描装置箱体的防尘。

扫描透镜5的入射面和发射面(两个发射面形状相同)以上述式1表示时的各种参数如表1所示。

表1.扫描透镜

	入射面	发射面
			RY	153.991	-173.598
K	0	0
			A	-9.4407E-06	-4.80E-06
B	1.1349E-08	2.68E-09
			C	-1.9216E-11	-4.55E-12
D	1.8360E-14	3.58E-15
			E	-1.1870E-17	-2.45E-18
F	3.9502E-21	4.67E-22
			RZ	∞	-14.922
a	1.0509E-05	-4.00E-05
			b	-4.2663E-05	1.14E-05
c	-2.3107E-07	-2.48E-08
			d	7.4767E-08	-4.28E-08
e	5.4123E-10	4.12E-12
			f	-7.3607E-11	4.56E-11
g	-3.6942E-13	1.72E-14
			h	2.9274E-14	-3.82E-14

扫描透镜5各个发射面的光学基准轴相对于入射面的光学基准轴在副扫描方向移动±2.5mm，副扫描方向的光学基准轴间隔(图4中的ΔZ)为5mm.发射面以表1所示的透镜面形状在副扫描方向相邻。

用式2表示形成在光学元件6A两侧的倾斜偏心面形状时的各个参数如表2所示。

表2

	入射面	发射面
			RY	∞	∞
RZ	∞	∞
			F1	-6.5475E-05	-
F2	-1.0024E-05	-
			F4	5.0014E-10	-

关于光学元件6B的形状，可将其理解为将表2所示形状相对于副扫描方向反转的形状。

相对于扫描透镜的入射面的光学基准轴，如图1B所示，光学元件6A对于入射光被设置为在副扫描方向倾斜偏心14°。利用该倾斜偏心面可将扫描线弯曲(被扫描面上在副扫描方向上的扫描位置的PV值)补偿到20μm以下。

对于分别对应于通过扫描透镜的上段和下段的扫描光束的光学元件，可将该两者的设置以及面形状形成为相对于包含扫描透镜入射面的光学基准轴且垂直于光偏转器的转动轴的面对称。

本具体例中耦合透镜2A、2B之间以及柱形透镜3A、3B之间分别设置具有主扫描方向2.3mm和副扫描方向2.7mm矩形开口的光圈，用于光束整形。通过该光束整形，可在被扫描面S1、S2上获得副扫描方向的直径约为70μm左右大小的良好的光点。

Claims (8)

1.一种光扫描装置，其中包括光偏转器，该光偏转器的偏转反射面围绕平行于该偏转反射面的轴转动，用以偏转扫描光束，该光偏转器用相同的偏转反射面同时偏转对多个被扫描部进行光扫描的多束扫描光束，并通过扫描透镜，将经偏转后的扫描光束分别汇聚到该被扫描部上，以同时对多个被扫描部进行光扫描，其特征在于，对多个被扫描部同时进行光扫描的多束扫描光束以副扫描方向上互不相同的入射角入射到该光偏转器的同一个偏转反射面上，经该同一个偏转反射面偏转后的多束扫描光束共同使用同一个扫描透镜，该扫描透镜为单一透镜体，该扫描透镜中位于所述同一个偏转反射面一方的面被形成为单一入射面，而位于被扫描部一方的面则形成为对应于各个被扫描部且在副扫描方向被分离为多个发射面，该入射面被形成为特殊面，该入射面在副扫描方向的折射力随着接近主扫描方向的周边逐渐减小，该发射面被形成为在主扫描方向和副扫描方向上均具有正的折射力的面。

2.根据权利要求1所述的光扫描装置，其中，扫描透镜的入射面的主扫描方向中心部不具有副扫描方向的曲率。

3.根据权利要求1或2所述的光扫描装置，其中，在扫描透镜和各个被扫描面之间设置光学元件，该光学元件中的至少一个侧面被赋予副扫描方向的倾斜偏心面，该倾斜偏心面的相对于在主扫描方向和副扫描方向上均没有曲率的面的倾斜偏心角度，随着该光学元件在主扫描方向位置而变化。

4.根据权利要求1或2所述的光扫描装置，其中，受到光偏转器中同一个偏转反射面偏转的扫描光束扫描的被扫描部的个数为两个，所述扫描透镜的发射面为沿副扫描方向分开的两个发射面，该两个发射面为具有相同形状的特殊面，该特殊面的副扫描方向的曲率半径随着接近其主扫描方向的周边而变化。

5.根据权利要求4所述的光扫描装置，其中，射向两个不同的被扫描部的扫描光束在副扫描方向上以对称的入射角入射到同时偏转该两束扫描光束的偏转反射面上，所述入射角不等于零。

6.根据权利要求5所述的光扫描装置，其中，使得各束扫描光束在光偏转器的偏转反射面上的反射位置向副扫描方向偏离，该偏离被设定为，偏离量大于0时的入射角度比偏离量为0时的入射角度小0.5～1°。

7.一种光扫描装置，其中，用转动多面镜作为光偏转器，并将两台权利要求4至6中任意一项所述的光扫描装置相对于该转动多面镜对称设置，共同使用该转动多面镜，用于对四个被扫描部同时进行扫描。

8.一种图像形成装置，通过实行电子照相处理来形成图像，其特征在于，具备权利要求1至7中任意一项所述的光扫描装置，用以实行电子照相处理中的曝光处理。

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