CN1276286C - 光学扫描装置以及使用该装置的图像形成装置 - Google Patents

Abstract

在本发明中，以提供可将由作为光学扫描系统的单透镜61的偏心旋转引起的扫描线弯曲抑制成微小的光学扫描装置、以及使用了该光学扫描装置的图像形成装置为目的。为解决上述问题，在本发明中，光学扫描系统使用单透镜(61)，且设定单透镜的面形状，使该单透镜的入射面(61a)在平行于主扫描方向的轴周围发生了偏心旋转时所产生的副扫描方向的扫描线弯曲的方向与该单透镜的出射面(61b)在平行于主扫描方向的轴周围发生了偏心旋转时所产生的副扫描方向的扫描线弯曲的方向互为相反方向。

Description

光学扫描装置以及使用该装置的图像形成装置

技术领域

本发明涉及光学扫描装置以及使用该装置的图像形成装置，特别涉及利用作为光偏转装置的多边形反射镜使经光源装置进行过光调制并出射的光束反射偏转，并经由光学扫描系统在被扫描面上进行光学扫描来记录图像信息的、如适用于具有电子照相处理的激光光束打印机或数字复印机等装置的光学扫描装置，

特别是相对于构成光学扫描系统的单透镜的偏心旋转，能够总是得到降低了扫描线弯曲的灵敏度的良好的图像的光学扫描装置以及使用该装置的图像形成装置。

此外，还涉及使用多个光学扫描装置并由对应各种颜色的多个图像承载体组成的彩色图像形成装置。

背景技术

在现有的激光光束打印机(LBP)等光学扫描装置中，利用如由旋转多面镜(多边形反射镜)构成的光偏转器对应图像信号周期地偏转经光源装置进行过光调制并出射的光束，并通过具有fθ特性的成像扫描光学系统在感光性的记录介质(感光磁鼓)面上会聚成点状，在其面上扫描，进行图像记录。

图20是现有的光学扫描装置的要部概略图。

同图中，从光源装置171出射的发散光束经平行光透镜172被变换成近似平行光束，通过光阑173限制该光束，入射到只在副扫描方向具有规定折射能力的柱面透镜174上。入射到柱面透镜174的近似平行光束中，在主扫描断面内(光束)以其原来的状态射出。在副扫描断面内则会聚并大致成为线图像地成像在由多边形反射镜组成的光偏转器175的偏转面(反射面)175a上。

进而，经由具有fθ特性的成像扫描光学系统176将被光偏转器175的偏转面175a偏转的光束引导到作为被扫描面的感光磁鼓面178上，通过使偏转装置175在箭头A方向上旋转，可以在该感光磁鼓面178上光学扫描箭头B方向，进行图像信息的记录。

在这样的光学扫描装置中，为了进行高精度的图像信息的记录，必须在整个被扫描面良好地校正像面弯曲，必须在视场角θ和像高Y之间具有伴随等速性的畸变特性(fθ特性)，必须像面上的光点直径在各像高上是均一等。目前已提出有多种满足这样的光学特性的光学扫描装置和成像扫描光学系统。

另一方面，伴随着激光光束打印机或数字复印机装置的集成化或低价格化，对光学扫描装置也提出了同样的要求。

作为满足这样的期望的构成，在特开平4-50908号公开专利或特开平9-33850号公开专利等中提出了由1片fθ透镜构成了成像扫描光学系统的光学扫描装置。

在特开平4-50908号公开专利中，在fθ透镜的主扫描方向上使用高次的非球面，可以较良好地校正像差特性，但由于偏转装置和被扫描面之间的副扫描方向的倍率不恒定，故存在副扫描方向的光点直径因像高而变化的倾向。

另一方面，在特开平9-33850号公开专利中，提出了在光学扫描装置上，通过在fθ透镜的透镜面中至少在2个面上利用fθ透镜的有效部沿主扫描方向连续地、且独立于主扫描方向的曲率地变化副扫描方向的曲率，由2个面的弯曲来控制副扫描方向的主平面的位置，使各像高处的副扫描倍率为恒定来实现光点直径恒定的方法。

但是，在上述提案中，为了使副扫描倍率恒定，需要至少使2个面弯曲，以控制主平面的位置使倍率为恒定，故虽然可以完全独立地设定主扫描和副扫描的形状，但却存在根据将透镜的壁厚压缩到较小的要求，需要主扫描方向的透镜形状具有较大的非球面量的情况。

在上述这样的主扫描方向的非球面量较大的透镜中，因各透镜面以及透镜的配置误差，将产生较大的光学性能的劣化。在光学性能的劣化中，特别是副扫描方向的扫描线弯曲因扫描线高度的偏差或扫描线的倾斜等而不同，用装置主体配置的反射镜等的调整不能校正将成为较大的问题。为此，为了抑制扫描线弯曲使之较小，需要按照设计值精度良好地配置各透镜面以及透镜的配置，或者在透镜上设置调整机构进行调整，以使之达到设计上的配置。

进而，在使用4根感光体(感光磁鼓)分别配置光学扫描装置并利用激光光形成潜像，在各自的感光体面上形成分别对应Y(黄色)、M(品红)、C(氰)、Bk(黑)各种颜色的原稿图像的彩色图像形成装置的场合，由于是将形成在各感光体面上的Y、M、C、Bk4种颜色的图像重合在纸张等复印体上，故如果对应各感光体的光学扫描装置的扫描线发生弯曲，则4种颜色间的扫描线的形状将产生误差，在复印体上的图像中将产生颜色偏差，所以存在导致显著的图像性能劣化的问题。

发明内容

本发明即为解决这样的问题的发明，目的在于提供利用1片透镜构成fθ透镜，良好地校正作为光学系统特性的像面弯曲特性、进行等速扫描的fθ特性、波面象差等，并通过将fθ透镜做成适当的形状，可抑制因1片透镜的偏心旋转所产生的扫描线弯曲成微小的光学扫描装置以及使用该装置的图像形成装置。

本发明技术方案1的光学扫描装置，它具有光源装置、偏转从该光源装置出射的光束的偏转装置和使偏转光束作为光点成像在被扫描面上的光学扫描系统，其特征在于：

上述光学扫描系统是单透镜，

设定该单透镜的面形状，以使该单透镜的入射面在平行于主扫描方向的轴周围发生了偏心旋转时所产生的副扫描方向的扫描线弯曲的方向与该单透镜的出射面在平行于主扫描方向的轴周围发生了偏心旋转时所产生的副扫描方向的扫描线弯曲的方向互为相反方向；

其中，上述单透镜满足以下各式：

|ΔZ_l|＝|ΔZ_1d+ΔZ_1L+ΔZ_1φ+ΔZ₂|≤0.040

$\mathrm{\Δ}{Z}_2={\mathrm{\ΔX}}_2\×\frac{L_{2o}}{{\mathrm{fs}}_{2o}}\×\mathrm{\γ}$

$\mathrm{\Δ}{Z}_{1d}=\frac{N-1}{N}\×\frac{1}{{\cos }^2\mathrm{\φ}}\×(1-\frac{L_{2o}}{{\mathrm{fs}}_{2o}})\×\mathrm{\γ}\×(d_{\mathrm{\θ}}-d_o)$

$\mathrm{\Δ}{Z}_{1L}=(N-1)\×\frac{1}{{\cos }^2\mathrm{\φ}}\×\mathrm{\γ}\×(l_{2\mathrm{\θ}}-L_{2o})$

ΔZ_1φ＝(N-1)×L_2o×γ×tan²φ

式中

ΔX₂：透镜出射面的偏差；

Rx_o：光轴上的从透镜出射面到子线曲率中心的沿光轴方向的距离；

Rx_θ：在视场角θ下从透镜出射面到子线曲率中心的沿光轴方向的距离；

L_2o：光轴上的从透镜出射面到被扫描面的距离；

L_2θ：在视场角θ下从透镜出射面到被扫描面的距离；

fs_2o：光轴上的透镜出射面的副扫描方向的焦距；

fs_2θ：在视场角θ下从透镜出射面的副扫描方向的焦距；

N：透镜的折射率；

d_o：光轴上的透镜的入射面和出射面的距离；

d_θ：在视场角θ上的透镜的入射面和出射面的距离；

fs_2o：光轴上的透镜出射面的副扫描方向的焦距；

fs_2θ：在视场角θ下的透镜出射面的副扫描方向的焦距；

L_2o：光轴上的从透镜出射面到被扫描面的距离；

L_2θ：在视场角θ下从透镜出射面到被扫描面的距离；

：在视场角θ下的主扫描方向的入射面出射后的光线的倾斜。

本发明技术方案2的光学扫描装置，在方案1所记述的光学扫描装置中，其特征在于：上述单透镜的入射面在平行于主扫描方向的轴周围发生了偏心旋转时所产生的副扫描方向的扫描线弯曲与该单透镜的出射面在平行于主扫描方向的轴周围发生了偏心旋转时所产生的副扫描方向的扫描线弯曲被相互抵消。

本发明技术方案3的光学扫描装置，在方案1所记述的光学扫描装置中，其特征在于：在设该扫描光学系统整个系统的副扫描方向的放大率为s，该单透镜的出射面的副扫描方向的放大率为s2时，该单透镜的出射面的副扫描方向的放大率满足0.9≤s2/s≤1.1。

本发明技术方案4的光学扫描装置，在方案1所记述的光学扫描装置中，其特征在于：该单透镜的出射面的副扫描方向的放大率满足0.95≤s2/s≤1.05。

本发明技术方案5的光学扫描装置，在方案1所记述的光学扫描装置中，其特征在于：在设光轴上的从上述偏转装置到上述单透镜的出射面的空气换算距离为L_ao、从上述单透镜的出射面到上述被扫描面的距离为L_bo、在轴外的从上述偏转装置到该单透镜的出射面的空气换算距离为L_aθ、从该单透镜的出射面到上述被扫描面的距离为L_bθ时，该单透镜的出射面的主扫描方向的形状满足下式：

。

本发明技术方案6的光学扫描装置，在方案4所记述的光学扫描装置中，其特征在于：该单透镜的出射面的主扫描方向的形状满足下式：

。

本发明技术方案7的光学扫描装置，在方案1所记述的光学扫描装置中，其特征在于：向上述偏转装置入射形成了在主扫描方向上长的线图像的光束。

本发明技术方案8的光学扫描装置，在方案1所记述的光学扫描装置中，其特征在于：上述单透镜是利用压模加工成形的。

本发明技术方案9的光学扫描装置，在方案1所记述的光学扫描装置中，其特征在于：上述出射面的副扫描方向的放大率或者/以及上述入射面的副扫描方向的放大率的变化与主扫描方向的形状不相关。

本发明技术方案10的光学扫描装置，在方案1所记述的光学扫描装置中，其特征在于：上述出射面的副扫描方向的曲率半径自轴上朝向轴外变化。

本发明技术方案11的光学扫描装置，在方案1所记述的光学扫描装置中，其特征在于：上述入射面以及出射面是变形面。

本发明技术方案12的光学扫描装置，在方案1所记述的光学扫描装置中，其特征在于：上述单透镜的出射面的形状是圆弧。

本发明技术方案13的光学扫描装置，在方案1所记述的光学扫描装置中，其特征在于：上述单透镜的出射面的形状是非圆弧。

本发明技术方案14的光学扫描装置，在方案1所记述的光学扫描装置中，其特征在于：上述光学扫描系统的副扫描方向成像倍率在图像有效区域内的差为10％以内。

本发明技术方案15的光学扫描装置，在方案12所记述的光学扫描装置中，其特征在于：上述单透镜的出射面的主扫描方向的形状是在上述偏转装置侧具有曲率中心的近似圆弧形状。

本发明技术方案16的光学扫描装置，在方案1所记述的光学扫描装置中，其特征在于：上述光源装置是具有可独立地调制的多个发光点的多光束光源。

本发明技术方案17的图像形成装置，其特征在于：该图像形成装置由方案1～16所记述的光学扫描装置、配置在上述被扫描面的感光体、将利用上述光学扫描装置所扫描的光束在上述感光体上形成的静电潜像作为墨粉像进行显影的显影器、将上述所显影的墨粉像转印到被转印材料上的转印器和使被转印的墨粉像定影在被转印材料上的定影器组成。

本发明技术方案18的图像形成装置，其特征在于：该图像形成装置由方案1～16所记述的光学扫描装置和将从外部设备输入的编码数据变换成图像信号并使之输入到上述光学扫描装置的打印机控制器组成。

本发明技术方案19的图像形成装置，其特征在于：该图像形成装置由方案1～16所记述的光学扫描装置构成的多个光学扫描装置和配置在各个光学扫描装置的被扫描面、且形成相互颜色不同的图像的多个图像承载体组成。

附图说明

图1A以及1B是本发明的实施形态1的主扫描断面图以及副扫描断面图。

图2是本发明的实施形态1的要部概略图。

图3是本发明的实施形态1的设计数据。

图4A、4B、4C是本发明的实施形态1的象差图。

图5是本发明的实施形态1的扫描线移动量的图。

图6是本发明的实施形态1的扫描线移动量的图。

图7A以及7B是本发明的实施形态2的主扫描断面图以及副扫描断面图。

图8是本发明的实施形态2的彩色图像形成装置的要部概略图。

图9是本发明的实施形态2的设计数据。

图10A、10B、10C是本发明的实施形态2的象差图。

图11是本发明的实施形态2的扫描线移动量的图。

图12是本发明的实施形态2的扫描线移动量的图。

图13A以及13B是本发明的实施形态3的主扫描断面图以及副扫描断面图。

图14是本发明的实施形态3的设计数据。

图15A、15B、15C是本发明的实施形态3的象差图。

图16是本发明的实施形态3的扫描线移动量的图。

图17是本发明的实施形态3的扫描线移动量的图。

图18是本发明的图像形成装置的要部概略图。

图19是本发明的彩色图像形成装置的要部概略图。

图20是现有的光学扫描装置的斜视图。

具体实施方式

图1(A)是本发明的实施形态1的光学扫描装置的主扫描断面图，图1(B)是副扫描断面图。

这里，所谓的主扫描方向是指利用光学扫描扫描光束的方向，所谓的副扫描方向是指与光轴和主扫描方向正交的方向。

在利用构成第1光学系统的1片平行光透镜2将作为光源装置的半导体激光器1发出的发散光变换成大致的平行光束后，利用光阑3限制光束宽度，以得到所期望的光点直径。

第2光学系统由只在副扫描方向具有规定的折射能力的1片柱面透镜4构成，其使光束作为长长的线图像在后述的偏转装置5的偏转面5a近旁成像在主扫描方向上。

5是如由4面构成的多边形反射镜(旋转多面镜)组成的偏转装置，由电机驱动装置(没有图示)以一定的速度在图中箭头A方向旋转。

61是具有fθ特性的第3光学系统(光学扫描系统)，使被偏转装置5反射偏转的光束成像在作为被扫描面的感光体磁鼓面7上，且校正了该偏转装置5的偏转面5a的面倾斜。此时，被偏转装置5的偏转面5a反射偏转了的2条光束经由第3光学系统61被引导到感光体磁鼓面7上，通过在箭头A方向上旋转多边形反射镜5，可以在箭头B方向同时光学扫描该感光体磁鼓面7。由此在感光体磁鼓面上形成扫描线，进行图像记录。

这里，对构成第3光学系统(成像扫描光学系统)61的1片fθ透镜进行说明。

fθ透镜61是通过压模加工成形的由作为光学树脂的ZEOPNEXE48R(日本吉纶公司制)构成的塑料透镜，只在出射面61b上使其具有副扫描方向的放大率(折射能力)，且在多边形反射镜5侧将主扫描方向形状(母线形状)确定为具有曲率中心的圆弧形状，以使副扫描倍率近似达到恒定。

这里，所谓的使副扫描倍率为恒定的主扫描方向形状(母线形状)，如图2所示的那样，是指自多边形反射镜5的偏转面5a到扫描透镜61的出射面61b的空气换算距离(透镜内部用实际距离/折射率进行换算)与自出射面61b到被扫描面7的距离的比在图像有效区域内近似恒定，成为

【公式7】

$\frac{M2}{M1}\≈\frac{P2}{P1}$

这样的形状，在多边形反射镜5侧具有曲率中心的近似圆弧形状。

此外，通过只使出射面61b具有副扫描方向的放大率，曲率半径做成从光轴向轴外渐渐变大的形状，可以与副扫描方向的像面弯曲并列地校正副扫描倍率的均一性(副扫描倍率恒定)。

在主扫描方向，出射面61b确定为使副扫描倍率为恒定的圆弧形状，入射面61a做成能与残存的主扫描方向的像面弯曲并列地校正fθ特性的非圆弧形状。

图3所示是本实施形态的设计数据。

本发明的折射面的面形状可以用下面的形状表达式来表示。

在以与光轴的交点为原点，以光轴方向为X轴，以在主扫描面内与光轴正交的轴为Y轴，以在副扫描面内与光轴正交的轴为Z轴时，与主扫描方向对应的母线方向为

【公式8】

$X=\frac{Y^2/R}{1+\sqrt{1-(1+k){(Y/R)}^2}}+B_4{Y}^4+B_6{Y}^6+B_8{Y}^8+B_{10}{Y}^{10}$

(式中：R为曲率半径；k、B₄、B₆、B₈、B₁₀为非球面系数)。

与副扫描方向(包含光轴且相对于主扫描方向正交的方向)对应的子线方向为

【公式9】

$S=\frac{Z^2/r^{\′}}{1+\sqrt{1-{(Z/r^{\′})}^2}}$

r′＝r₀(1+D₂Y²+D₄Y⁴+D₆Y⁶+D₈Y⁸+D₁₀Y¹⁰)

(式中：r’为光轴上的子线曲率半径；D₂、D₄、D₆、D₈、D₁₀为系数)。

这里，光轴外的子线曲率半径r’包含各个位置的母线的法线且定义在与主扫描面垂直的面内。此外，虽然形状表达式中的多项式是以达到10次的函数表示的，但次数即使是此以上或此以下都没有关系。

图4所示是本实施形态的光学扫描装置的象差图。

根据同图，主扫描方向以及副扫描方向的像面弯曲都在±0.5mm以下，副扫描倍率的均一性为2.5％以下，被良好地进行了校正。作为光学扫描装置，实用上图像有效区域内的副扫描倍率的差需要控制在10％以下，最好控制在5％以下。

此时，如本实施形态的单片fθ透镜61这样，通过在图像有效区域内使副扫描倍率做成恒定的构成，可以在因向光学箱(壳体)的透镜的组装误差、透镜自身的制造误差造成扫描透镜61整体偏心到副扫描方向(Z方向)时，使扫描线一致偏移，不产生扫描线弯曲。

此外，本实施形态的单片fθ透镜61因其采用了入射面61a在副扫描方向为无放大率，只在出射面61b上具有放大率的构成，故在单片fθ透镜61的入射面61a以及出射面61b各自的面上，副扫描倍率均为恒定。

利用该构成，特别地，在压制透镜因型内的组装精度不足而产生相对入射面61a的出射面61b的副扫描方向的偏心时，也可以使扫描线一致偏移，不产生扫描线弯曲。

下面对单片fθ透镜61的入射面61a以及出射面61b产生了以与主扫描方向平行的轴为中心的偏心旋转时的扫描线弯曲进行说明。

出射面61b在以与主扫描方向平行的轴为中心只偏心旋转了旋转角γ时，当光轴上的光线到达被扫描面上的高度为Z_2o，视场角为θ的光线到达被扫描面7上的高度为Z_2θ时，扫描线弯曲量ΔZ₂可以根据下式计算。

【公式10】

ΔZ₂＝Z_2θ-Z_2o(1)

$Z_{2o}={\mathrm{Rx}}_o\×\frac{L_{2o}}{{\mathrm{fs}}_{2o}}\×\mathrm{\γ}---\left(2\right)$

$Z_{2\mathrm{\θ}}=({\mathrm{\ΔX}}_2+{\mathrm{Rx}}_{\mathrm{\θ}})\×\frac{L_{2\mathrm{\θ}}}{{\mathrm{fs}}_{2\mathrm{\θ}}}\×\mathrm{\γ}---\left(3\right)$

式中

ΔX₂：透镜出射面61b的偏差；

Rx_o：自光轴上的透镜出射面61b到子线曲率中心的沿光轴方向的距离；

Rx_θ：自视场角θ的透镜出射面61b到子线曲率中心的沿光轴方向的距离；

L_2o：光轴上的透镜出射面61b到被扫描面7的距离；

L_2θ：视场角θ的透镜出射面61b到被扫描面7的距离；

fs_2o：光轴上的透镜出射面61b的副扫描方向的焦距；

fs_2θ：视场角θ的透镜出射面61b的副扫描方向的焦距。

这里，所谓的偏差是指对应于某一透镜面位置的光轴上的透镜面位置的、光轴方向的下垂量。此外，在本实施形态中，由于子线相对于母线形成在垂直的方向上，故在计算R_xθ时，透镜出射面位置的子线曲率半径R_sθ使用母线的倾角η由

Rx_θ＝Rs_θ×cosη(4)

求出。

另外，在入射面61a在以与主扫描方向平行的轴为中心只偏心旋转了旋转角γ时，当光轴上的光线到达被扫描面上的高度为Z_1o，视场角θ的光线到达被扫描面7上的高度为Z_1θ时，扫描线弯曲量ΔZ₁可以根据下式计算。

【公式11】

ΔZ₁＝Z_1θ-Z_1o(5)

$Z_{1o}=\frac{N-1}{N}\×d_o\×\{(\frac{N}{d_o}-\frac{1}{{\mathrm{fs}}_{2o}})\×L_{2o}+1\}\×\mathrm{\γ}---\left(6\right)$

$Z_{1\mathrm{\θ}}=\frac{N-1}{N}\×d_{\mathrm{\θ}}\×\{(\frac{N}{d_{\mathrm{\θ}}}-\frac{1}{{\mathrm{fs}}_{2\mathrm{\θ}}})\×L_{2\mathrm{\θ}}+1\}\×\frac{1}{{\cos }^2\mathrm{\φ}}\×\mathrm{\γ}---\left(7\right)$

式中

N：扫描透镜61的折射率；

d_o：光轴上的fθ透镜61的入射面61a和出射面61b的距离；

d_θ：视场角θ的fθ透镜61的入射面61a和出射面61b的距离；

fs_2o：光轴上的透镜出射面61b的副扫描方向的焦距；

fs_2θ：视场角θ的透镜出射面61b的副扫描方向的焦距；

L_2o：光轴上的透镜出射面61b到被扫描面7的距离；

L_2θ：视场角θ的透镜出射面61b到被扫描面7的距离；

φ：视场角θ的主扫描方向的入射面61a出射后的光线的倾斜；

单片fθ透镜61在与主扫描方向平行的轴周围产生了偏心旋转时的扫描线弯曲ΔZ₁可以用在入射面61a以及出射面61b产生的扫描线弯曲之和求出。

ΔZ_l＝ΔZ₁+ΔZ₂(8)

在此，我们对近似地求扫描线弯曲量的方法进行说明。

在本实施形态中，由于使副扫描方向的放大率集中在出射面61b，且副扫描倍率为恒定，故出射面61b到被扫描面的距离L_2o和出射面61b的副扫描方向的焦距fs_2o的比L_2o/fs_2o与视场角θ无关地成为恒定值。因此，以光轴上的L_2o/fs_2o为代表，可以在全部视场角内使用该值。

此外，因为存在

ΔX₂＞＞Rx₂-Rx_o                                 (9)

的关系，故可以去掉Rx(自透镜出射面61b到子线曲率中心的沿光轴方向的距离)的成分。

由此，在光轴上和视场角θ的情况下，不同的参数(产生扫描线弯曲的主要原因)仅为ΔX₂，故在出射面61b在以与主扫描方向平行的轴为中心只偏心旋转了旋转角γ时的扫描线弯曲量ΔZ₂可以用简洁式

【公式12】

${\mathrm{\ΔZ}}_2={\mathrm{\ΔX}}_2\×\frac{l_{2o}}{f{s}_{2o}}\×\mathrm{\γ}---\left(10\right)$

进行计算。

另外，关于入射面61a在平行于主扫描方向的轴周围产生了偏心旋转时的扫描线弯曲量ΔZ₁，其在光轴上和视场角θ的情况下不同的参数(产生扫描线弯曲的主要原因)有3个，分别是：d(fθ透镜61的入射面61a和出射面61b的距离)、L_2o(从透镜出射面61b到被扫描面7的距离)、φ(主扫描方向的入射面61a出射后的光线的倾斜)。

于是，可以关于各参数计算产生的扫描线弯曲量，并将其和作为在与主扫描方向平行的轴周围产生了偏心旋转时所产生的扫描线弯曲量。另外，

【公式13】

ΔZ_l＝ΔZ_1d+ΔZ_1L+ΔZ_1φ(11)

${\mathrm{\ΔZ}}_{1d}=\frac{N-1}{N}\×\frac{1}{{\cos }^2\mathrm{\φ}}\×(1-\frac{L_{2o}}{{\mathrm{fs}}_{2o}})\×\mathrm{\γ}\×(d_{\mathrm{\θ}}-d_o)---\left(12\right)$

${\mathrm{\ΔZ}}_{1L}=(N-1)\×\frac{1}{{\cos }^2\mathrm{\φ}}\×\mathrm{\γ}\×(L_{2\mathrm{\θ}}-L_{2o})---\left(13\right)$

ΔZ_1φ＝(N-1)×L_2o×γ×tan²φ(14)

此时，fθ透镜61在平行于主扫描方向的轴周围产生了3分(γ＝8.727E-4rad)的偏心旋转时的扫描线弯曲量为40μm，希望最好能够达到20μm以下。

因此，根据(8)式，只要满足

【公式14】

|ΔZ_l|＝|ΔZ₁+ΔZ₂|≤0.040(15)

|ΔZ_l|＝|ΔZ₁+ΔZ₂|≤0.020

那样地构成单片fθ透镜61的各面的形状即可。

如果超过(15)式的范围，则由扫描线弯曲导致的图像劣化明显，特别在使用了多个光学扫描装置的彩色图像形成装置中色偏差将成为问题。

在本实施形态的光学扫描装置中，θ_max＝±40.9(下垂)，ΔX₂＝-12.81(mm)，L_2o＝147.28(mm)，L_2θ＝170.74(mm)，fs_2o＝44.95(mm)，N＝1.5242，φ＝23.7(下垂)，d₀＝17.90(mm)，d_θ＝3.47(mm)，单片fθ透镜61在平行于主扫描方向的轴周围偏心旋转了3分(γ＝0.0008727rad)时产生的扫描线弯曲量ΔZ_l由上述(10)～(14)式得到

ΔZ₁＝+0.036(mm)

ΔZ₂＝-0.037(mm)

ΔZ_l＝-0.001(mm)

可见这是满足(15)式的构成，且是相对于偏心旋转可降低扫描线弯曲的灵敏度的fθ透镜61。

在本实施形态的光学扫描装置中，从光轴上的多边形反射镜的偏转面5a到光学扫描元件61的出射面61b的空气换算距离(透镜中为实际距离/折射率)L_ao＝63.193mm，上述光学扫描系统61的出射面61b到上述被扫描面8的距离L_bo＝147.283mm，轴外的多边形反射镜的偏转面5a到光学扫描元件61的出射面61b的空气换算距离L_aθ＝72.843mm，从光学扫描元件61的出射面61b到上述被扫描面8的距离L_bθ＝170.742mm，确定两面61a、61b(特别是出射面61b)的主扫描方向形状(母线形状)以满足下面这样的条件。

【公式15】

$\frac{L_{\mathrm{b\θ}}}{L_{\mathrm{a\θ}}}=1.0057\×\frac{L_{\mathrm{bo}}}{L_{\mathrm{ao}}}---\left(a\right)$

【公式16】

$0.9\×\frac{L_{\mathrm{bo}}}{L_{\mathrm{ao}}}\≤\frac{L_{\mathrm{b\θ}}}{L_{\mathrm{a\θ}}}\≤1.1\×\frac{L_{\mathrm{bo}}}{L_{\mathrm{ao}}}---\left(b\right)$

图4所示是各种本实施形态的光学扫描装置的近轴象差(像面弯曲、畸变象差、副扫描倍率差)的诸象差图，像面弯曲的实线表示副扫描方向，虚线表示主扫描方向。如由该诸象差图可知的那样，在本实施形态中良好地校正了近轴象差，可实现适合于高精细印字的光学扫描装置。

副扫描方向的Fno的比为

Fmin/Fmax＝0.982≥0.9

显示出满足副扫描倍率恒定的条件。

在设上述光学扫描系统61的光路长为L，焦距为f时有

1.35f≤L＝1.45≤1.55f，

确定出射面的主扫描方向的形状以使副扫描倍率为恒定，且也满足可以良好地校正主扫描方向的像面弯曲以及fθ特性的、光路长和焦距的关系。

在设上述扫描光学系统整个系统的副扫描方向的放大率为φs，出射面61b(第2面)的副扫描方向的放大率为φs2时有

0.9≤φs2/φs≤1.1，

通过将副扫描方向的放大率集中在出射面，可以实现扫描线弯曲的配置灵敏度低的系统。

图5中给出了在本实施形态的光学扫描装置中，入射面61a、出射面61b、单片fθ透镜61本身在副扫描方向(Z方向)偏移了50μm时的扫描线弯曲。

此外，图6给出了在本实施形态的光学扫描装置中，入射面61a、出射面61b、单片fθ透镜61本身在平行于主扫描方向的轴周围偏心旋转了3分时的扫描线弯曲。

相对于在副扫描方向偏移了的偏心，由于作为透镜采用的是集中了副扫描倍率，以及对各个面集中了副扫描倍率的构成，故虽到达被扫描面上的高度变化变化，但可抑制光学扫描装置的扫描线弯曲的灵敏度成为较小。

另外，相对于在平行于主扫描方向的轴周围旋转了的偏心，由于使之满足上述(10)～(15)式，构成了在与出射面61b偏心旋转而产生的扫描线弯曲的相反方向上产生同等量的扫描线弯曲的入射面61a的形状，故在入射面61a产生的扫描线弯曲与在出射面61b产生的扫描线弯曲相互抵消，在作为fθ透镜本身产生偏心旋转了时可以抑制扫描线弯曲的灵敏度成为较小。

由此，利用本发明的效果，可以提供即便是产生偏心也能够抑制扫描线弯曲较小的、总能获得良好的图像的光学扫描装置。

此外，在本实施形态中，特别是为了用塑料透镜补偿显著的环境变动时的焦点移动，也可以在fθ透镜61中的至少一侧的面上设置形成衍射光栅面。

此外，在本实施形态中，利用多光束激光构成光源装置也可以和上述的实施形态1同样地适用。

多光束的光束条数是2条、3条以上都可以。

本实施形态的作为光学扫描元件的单片透镜61也可以使用通过压模加工成型的玻璃透镜。

图7(A)是本发明的实施形态2的光学扫描装置的主扫描断面图，图7(B)是副扫描断面图。

本实施形态与实施形态1的不同点是在光源装置上使用多光束和变更了构成第3光学系统的单片fθ透镜的入射面、出射面的形状这两点，其他与第1实施形态一样。

同图中，11是作为光源装置的多光束激光器，同时出射被独立地调制的2条光束(图中只记载了1条光束)。

另外，在本实施形态中，图8所示的彩色图像形成装置上搭载有该光学扫描装置。同装置是将来自多个光学扫描装置的多条光束导光到各自对应的图像承载体上并记录不同的色光的图像信息的彩色图像装置。

图9所示是本实施形态的设计数据。

在本实施形态中，单片fθ透镜61的入射面61a其主扫描方向是非球面形状，副扫描方向是凸面的复曲面(toric)，出射面61b其主扫描方向是非球面形状，副扫描方向由具有不同于主扫描方向的曲率半径的圆弧形状、且对应主扫描方向曲率半径变化的变形复曲面构成。

集中了副扫描方向的放大率的出射面61b确定着主扫描方向的形状，以使在图像有效区域内副扫描倍率达到近似恒定。

利用图9进行计算，有φs2/φs＝0.932，满足0.9≤φs2/φs≤1.1。

L_bθ/L_aθ＝0.974×L_bo/L_ao，满足

图10给出了本实施形态的主扫描方向以及副扫描方向的像面弯曲、fθ特性、单片fθ透镜的副扫描倍率，并都良好地得到了校正。

图11所示是本实施形态的单片fθ透镜整体以及各光学面在副扫描方向偏移了50μm时的、被扫描面上的扫描线的副扫描方向的移动量。由同图可知，因偏心导致的照射位置变动、扫描线弯曲的产生是微量的。

此外，图12给出了本实施形态的单片fθ透镜整体以及各光学面在平行于主扫描方向的轴周围偏心旋转了3分时的、被扫描面上的扫描线的副扫描方向的移动量。同样可知，因偏心导致的照射位置变动、扫描线弯曲的产生是微量的。

以上，在本实施形态中，通过用复曲面、变形复曲面组成的单片fθ透镜构成第3光学系统，满足式(10)～(15)所示的条件，通过形成使之产生与因出射面在平行于主扫描方向的轴周围产生偏心旋转所引起的扫描线弯曲在相反方向且等量的扫描线弯曲的入射面，可以使在入射面产生的扫描线弯曲与在出射面产生的扫描线弯曲相互抵消，可以在单片fθ透镜产生了偏心旋转时，使用单片fθ透镜廉价地实现不产生扫描线弯曲的光学扫描装置。

进而，作为本实施形态固有的效果，通过恒定化图像有效区域内的单片fθ透镜的副扫描倍率，可以均一化使用了多光束的光学扫描装置的多条光束间的在被扫描面上的扫描线间隔，实现可形成高精细的图像的光学扫描装置。

另外，通过满足式(10)～(15)所示的条件，通过形成使之产生与因出射面在平行于主扫描方向的轴周围产生偏心旋转所引起的扫描线弯曲在相反方向且等量的扫描线弯曲的入射面，可以实现不产生因单片fθ透镜的组装误差造成的扫描线弯曲的，并且不需要进行扫描线弯曲调整的、色偏差少的彩色图像装置。

图13(A)是本发明的实施形态3的光学扫描装置的主扫描方向的断面图，图13(B)是副扫描方向的断面图。

本实施形态与实施形态1的不同点在于变更了构成第3光学系统的单片fθ透镜61的入射面61a和出射面61b的副扫描方向的形状。进而，除了在图像形成装置上搭载了光学扫描装置外，其他与实施形态1一样。

图14所示是本实施形态的设计数据。

在本实施形态中，单片fθ透镜61的主扫描方向是非球面形状，副扫描方向是凸面的复曲面，出射面其主扫描方向是圆弧形状，副扫描方向由具有不同于主扫描方向的圆弧形状、且对应主扫描方向曲率半径变化的变形复曲面构成。确定出射面的主扫描形状以使在图像有效区域内副扫描倍率能够达到近似恒定，此外，还使副扫描方向的折射能力集中在出射面上。

图15给出了本实施形态的主扫描方向以及副扫描方向的像面弯曲、fθ特性、单片fθ透镜的副扫描倍率，并都良好地得到了校正。

这里，在设副扫描方向单片fθ透镜的整个系统放大率为φs，出射面光轴上的放大率为φs2时，

         φs2/φs＝0.929(16)

满足

         0.9≤φs2/φs≤1.1(17)

的条件。

L_bθ/L_aθ＝1.0057×L_bo/L_ao

满足

【公式18】

在本实施形态中，单片fθ透镜61的入射面以及出射面均做成和实施形态1同样的主扫描方向的形状，且在副扫描方向入射面具有了微小的正放大率，但由于是在出射面集中了大部分放大率，故没有过大地偏离条件式(10)～(15)所示的关系。

如果入射面61a侧的放大率分配是单片fθ透镜整体放大率的1成(10％)以下，则就可以实质上得到本发明的效果。由此，通过形成使之与出射面61b在平行于主扫描方向的轴周围发生偏心旋转了时所产生的扫描线弯曲在相反方向弯曲、且产生弯曲量等同的扫描线弯曲的入射面形状，做成可以降低由单片fθ透镜61在与主扫描方向平行的轴周围产生了偏心旋转所导致的扫描线弯曲的灵敏度的构成。

图16所示是使本实施形态的单片fθ透镜整体以及使各光学面在副扫描方向偏移了50μm时的、被扫描面上的扫描线的副扫描方向的移动量。由同图可知，因偏心导致的照射位置变动、扫描线弯曲的产生是微量的。

此外，图17给出了本实施形态的单片fθ透镜整体以及使各光学面在平行于主扫描方向的轴周围偏心旋转了3分时的、被扫描面上的扫描线的副扫描方向的移动量。

在同图中可知，扫描线的照射位置变动、扫描线弯曲的产生是微量的。

图18给出的是本发明的图像形成装置的实施形态的副扫描方向要部断面图。图18中，符号104表示图像形成装置。在该图像形成装置104上输入有来自微机等外部机器117的编码数据Dc。该编码数据Dc通过装置内的打印控制器111被变换成图像数据(点阵数据)Di。该图像数据Di被输入到具有实施形态1～3所示的构成的光学扫描单元100中。进而，从该光学扫描单元100对应图像数据Di出射被调制的光束103，利用该光束103可在主扫描方向上扫描感光磁鼓101的感光面。

作为静电潜图像承载体(感光体)的感光磁鼓101由电机115驱动按顺时针旋转。并且，伴随着该旋转，感光磁鼓101的感光面相对于光束103在与主扫描方向正交的副扫描方向上移动。在感光磁鼓101的上方，与表面相接地设置有可以使感光磁鼓101的表面同样地带电的带电滚筒102。进而，在因带电滚筒102而带电了的感光磁鼓101的表面上照射由上述光学扫描单元100进行扫描的光束103。

如先前所说明过的那样，光束103基于图像数据Di而受到调制，通过照射该光束103，可以使感光磁鼓101的表面形成静电潜像。通过较上述光束103的照射位置进一步在感光磁鼓101的旋转方向的下流侧并与感光磁鼓101相接地配设的显影器107，静电潜像作为墨粉像而显影。

利用显影器107显影的墨粉像在感光磁鼓101的下方，通过与感光磁鼓101对峙地配设的复印滚筒108复印在作为被复印材料的打印用纸112上。打印用纸112收纳在感光磁鼓101前方(图15中的右侧)的打印用纸盒109内，但也可以手动给纸。在打印用纸盒109的端部设置有给纸滚筒110，以将打印用纸盒109内的打印用纸112送入到传送通道上。

采用上述这样做法，复印有未定影的墨粉像的打印用纸112被进一步运送到感光磁鼓101后方(图16中的左侧)的定影器。定影器由内部具有定影加热器(没有图示)的定影滚筒113和压接该定影滚筒113地配设的加压滚筒114构成，通过用定影滚筒113和加压滚筒114的压接部边加压从传送部送来的打印用纸112边进行加热，可使打印用纸112上的未定影墨粉像定影。进而，在定影滚筒113的后方配设有排纸滚筒116，用于把经过定影的打印用纸112排出到图像形成装置外。

虽然图16中没有图示，但复印控制器111不仅是进行先前说明过的数据的变换，还以电机115为首，也进行图像形成装置内的各部分、或后述的光学扫描单元内的多边形反射镜电机等的控制。

图19是本发明的实施形态的彩色图像形成装置的要部概略图。本实施形态是并列4个光学扫描装置，分别在作为图像承载体的感光磁鼓面上并行地记录图像信息的联列型的彩色图像形成装置。图19中，60是彩色图像形成装置，11、12、13、14分别是具有实施形态1～3所示的任意一种构成的光学扫描装置，21、22、23、24分别是作为图像承载体的感光磁鼓，31、32、33、34分别是显影器，51是传送带。

在图19中，在彩色图像形成装置60上，输入有来自微机等外部机器52的R(红)、G(绿)、B(兰)各色信号。这些色信号被装置内的打印控制器53变换成C(氰)、M(品红)、Y(黄)、B(黑)的各种图像数据(点阵数据)。这些图像数据分别被输入光学扫描装置11、12、13、14。进而，从这些光学扫描装置对应各图像数据出射经过调制的光束41、42、43、44，并利用这些光束在主扫描方向扫描感光磁鼓21、22、23、24。

本实施形态的彩色图像形成装置并列4个光学扫描装置11、12、13、14，分别对应C(氰)、M(品红)、Y(黄)、B(黑)各种颜色，各自在感光磁鼓21、22、23、24面上平行地记录图像信号(图像信息)，是高速地打印彩色图像的彩色图像形成装置。

本实施形态的彩色图像形成装置利用如上的4个光学扫描装置11、12、13、14，使用基于各个图像数据的光束将各种颜色的潜像形成在各自对应的感光磁鼓21、22、23、24面上。此后，在记录材料上多重复印并形成一张全彩色图像。

作为上述外部机器52，如也可以使用具有CCD传感器的彩色图像读取装置。此时，可以通过该彩色图像读取装置和彩色图像形成装置60构成彩色数字复印机。

本发明的效果是，通过使用在出射面使副扫描方向的放大率大致集中，并将出射面的主扫描方向的形状做成在图像有效区域内使副扫描方向的倍率集中(统一)的形状的单片fθ透镜，可提供在单片fθ透镜以平行于主扫描方向的轴为中心进行了旋转时能够降低扫描线弯曲的光学扫描装置。

此外，在使用了多个该光学扫描装置的彩色图像形成装置上进行搭载时，可以实现能够抑制各光学扫描装置间的扫描线弯曲的差分成为较小、且无需进行难以进行的扫描线弯曲的调整的、色偏差少的彩色图像装置。

Claims (19)

1.一种光学扫描装置，它具有光源装置、偏转从该光源装置出射的光束的偏转装置和使偏转光束作为光点成像在被扫描面上的光学扫描系统，其特征在于：

上述光学扫描系统是单透镜，

设定该单透镜的面形状，以使该单透镜的入射面在平行于主扫描方向的轴周围发生了偏心旋转时所产生的副扫描方向的扫描线弯曲的方向与该单透镜的出射面在平行于主扫描方向的轴周围发生了偏心旋转时所产生的副扫描方向的扫描线弯曲的方向互为相反方向；

其中，上述单透镜满足以下各式：

|ΔZ_l|＝|ΔZ_1d+ΔZ_1L+ΔZ_1φ+ΔZ₂|≤0.040

$\mathrm{\Δ}{Z}_2=\mathrm{\Δ}{X}_2\×\frac{L_{2o}}{{\mathrm{fs}}_{2o}}\×\mathrm{\γ}$

${\mathrm{\ΔZ}}_{1d}=\frac{N-1}{N}\×\frac{1}{{\cos }^2\mathrm{\φ}}\×(1-\frac{L_{2o}}{{\mathrm{fs}}_{2o}})\×\mathrm{\γ}\×(d_{\mathrm{\θ}}-d_o)$

${\mathrm{\ΔZ}}_{1L}=(N-1)\×\frac{1}{{\cos }^2\mathrm{\φ}}\×\mathrm{\γ}\×(L_{2\mathrm{\θ}}-L_{2o})$

ΔZ_lφ＝(N-1)×L_2o×γ×tan²φ

式中

ΔX₂：透镜出射面的偏差；

Rx_o：光轴上的从透镜出射面到子线曲率中心的沿光轴方向的距离；

Rx_θ：在视场角θ下从透镜出射面到子线曲率中心的沿光轴方向的距离；

L_2o：光轴上的从透镜出射面到被扫描面的距离；

L_2θ：在视场角θ下从透镜出射面到被扫描面的距离；

fs_2o：光轴上的透镜出射面的副扫描方向的焦距；

fs_2θ：在视场角θ下的透镜出射面的副扫描方向的焦距；

N：透镜的折射率；

d_o：光轴上的透镜的入射面和出射面的距离；

d_θ：在视场角θ下透镜的入射面和出射面的距离；

fs_2o：光轴上的透镜出射面的副扫描方向的焦距；

fs_2θ：在视场角θ下的透镜出射面的副扫描方向的焦距；

L_2o：光轴上的从透镜出射面到被扫描面的距离；

L_2θ：在视场角θ下从透镜出射面到被扫描面的距离；

：在视场角θ下主扫描方向的入射面出射后的光线的倾斜。

2.根据权利要求1所记述的光学扫描装置，其特征在于：上述单透镜的入射面在平行于主扫描方向的轴周围发生了偏心旋转时所产生的副扫描方向的扫描线弯曲与该单透镜的出射面在平行于主扫描方向的轴周围发生了偏心旋转时所产生的副扫描方向的扫描线弯曲被相互抵消。

3.根据权利要求1所记述的光学扫描装置，其特征在于：在设该扫描光学系统整个系统的副扫描方向的放大率为s，该单透镜的出射面的副扫描方向的放大率为s2时，该单透镜的出射面的副扫描方向的放大率满足0.9≤s2/s≤1.1。

4.根据权利要求1所记述的光学扫描装置，其特征在于：该单透镜的出射面的副扫描方向的放大率满足0.95≤s2/s≤1.05。

5.根据权利要求1所记述的光学扫描装置，其特征在于：在设光轴上的从上述偏转装置到上述单透镜的出射面的空气换算距离为L_ao、从上述单透镜的出射面到上述被扫描面的距离为L_bo、在轴外的从上述偏转装置到该单透镜的出射面的空气换算距离为L_aθ、从该单透镜的出射面到上述被扫描面的距离为L_bθ时，该单透镜的出射面的主扫描方向的形状满足下式：

$0.9\×\frac{L_{\mathrm{bo}}}{L_{\mathrm{ao}}}\≤\frac{L_{\mathrm{b\θ}}}{L_{\mathrm{a\θ}}}\≤1.1\×\frac{L_{\mathrm{bo}}}{L_{\mathrm{ao}}}$

。

6.根据权利要求4所记述的光学扫描装置，其特征在于：该单透镜的出射面的主扫描方向的形状满足下式：

$0.95\×\frac{L_{\mathrm{bo}}}{L_{\mathrm{ao}}}\≤\frac{L_{\mathrm{b\θ}}}{L_{\mathrm{a\θ}}}\≤1.05\×\frac{L_{\mathrm{bo}}}{L_{\mathrm{ao}}}$

。

7.根据权利要求1所记述的光学扫描装置，其特征在于：向上述偏转装置入射形成了在主扫描方向上长的线图像的光束。

8.根据权利要求1所记述的光学扫描装置，其特征在于：上述单透镜是利用压模加工成形的。

9.根据权利要求1所记述的光学扫描装置，其特征在于：上述出射面的副扫描方向的放大率或者/以及上述入射面的副扫描方向的放大率的变化与主扫描方向的形状不相关。

10.根据权利要求1所记述的光学扫描装置，其特征在于：上述出射面的副扫描方向的曲率半径自轴上朝向轴外变化。

11.根据权利要求1所记述的光学扫描装置，其特征在于：上述入射面以及出射面是变形面。

12.根据权利要求1所记述的光学扫描装置，其特征在于：上述单透镜的出射面的形状是圆弧。

13.根据权利要求1所记述的光学扫描装置，其特征在于：上述单透镜的出射面的形状是非圆弧。

14.根据权利要求1所记述的光学扫描装置，其特征在于：上述光学扫描系统的副扫描方向成像倍率在图像有效区域内的差为10％以内。

15.根据权利要求12所记述的光学扫描装置，其特征在于：上述单透镜的出射面的主扫描方向的形状是在上述偏转装置侧具有曲率中心的近似圆弧形状。

16.根据权利要求1所记述的光学扫描装置，其特征在于：上述光源装置是具有可独立地调制的多个发光点的多光束光源。

17.一种图像形成装置，其特征在于：该图像形成装置由权利要求1～16的任一项所记述的光学扫描装置、配置在上述被扫描面的感光体、将利用上述光学扫描装置所扫描的光束在上述感光体上形成的静电潜像作为墨粉像进行显影的显影器、将上述所显影的墨粉像转印到被转印材料上的转印器和使被转印的墨粉像定影在被转印材料上的定影器组成。

18.一种图像形成装置，其特征在于：该图像形成装置由权利要求1～16的任一项所记述的光学扫描装置和将从外部设备输入的编码数据变换成图像信号并使之输入到上述光学扫描装置的打印机控制器组成。

19.一种图像形成装置，其特征在于：该图像形成装置由权利要求1～16的任一项所记述的光学扫描装置构成的多个光学扫描装置和配置在各个光学扫描装置的被扫描面、且形成相互颜色不同的图像的多个图像承载体组成。

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