一種光掃描裝置和成像裝置的製作方法

2023-05-18 14:57:36

專利名稱：一種光掃描裝置和成像裝置的製作方法
技術領域：
本發明與一種光掃描裝置和一種成像裝置有關。
背景技術：
近年來，在成像裝置中，諸如雷射束印表機或者數字複印機，相應於高速和成像厚度的要求實現了一種所謂的飽和光學系統(overfilledoptical system)，該光學系統的特徵在於，在主掃描方向較光反射器的稜鏡(旋轉稜鏡)的反射面具有更大的寬度的光通量(light flux)入射到稜鏡上，減小反射面的大小，而增加被掃描的反射面的數量。然而，在一種採用飽和光學系統的掃描光學系統中，由於採用其光量滿足高斯分布的光束而進行掃描，所以對應於掃描面位置的變化，存在一個光量分布均勻度被損失的問題。例如，在主掃描線的中心部分的強度很高，而在邊緣部分的強度低等問題。
為解決這個問題，日本專利申請公開第11-218702號(專利引證資料1)提出，通過在掃描方向設置一個光闌，該光闌的寬度在與掃描方向相切的方向上是變化的，而校正掃描平面的光量分布不均勻的問題。
圖13和圖14所示是一個由JP-ANo.11-218702號(專利引證資料1)所描述的光掃描裝置的結構和原理示意圖。在該光掃描裝置中，從光源12所發射的光束經準直管透鏡14匯聚，通過光闌17，該光闌與稜鏡26旋轉方向相切方向上的寬度是變化的，然後通過一個放大光學裝置18，稜鏡26，掃描光學系統24，以及一個摺疊式反射鏡30將光束聚焦在掃描平面32上。
在這一點上，如圖24所示，其光量滿足高斯分布的光束，經在相應於副掃描方向上而具有變化寬度的光闌17，被轉變為一種等效於一種其光量呈現為具有不同峰值的高斯分布的組合的光束狀態。其光分量已被轉換的部分光束被稜鏡26的反射面28反射以聚焦到被掃描的介質上。因而，位於正在被掃描的介質不同位置上的像點的光量也充分地相同，而形成均勻的光量分布，如圖15所示。
因此，在JP-ANo.11-2187029(專利引證資料1)所描述的結構具有的一個功效是，能夠校正由飽和光學系統所引起的光量均勻分布的衰減，特別地，由遠離光軸(光軸外側)位置的照度減少而引起的光量均勻分布的衰減。然而，存在的一個問題是在被掃描的面上對於光量分布變化的敏感性也因此而降低。例如，當一束雷射具有非對稱的光量分布時，有時為確保光量分布的均勻度而調節入射到旋轉稜鏡的光束的水平校準或者光闌部分在掃描方向上的位置，此時，在校準時需要進行大量次的調節。因此，光路偏離的設計光路位置，而引起在掃描面上光束直徑被放大或者光束直徑均勻度的喪失的問題。
另一方面，JP-A No.9-96769(專利引證資料2)公開了一種調節方法，其步驟包括由多個設置在光掃描裝置內部或者外部的檢測器而檢測採用飽和光學系統的光掃描裝置內部的光量；調節光源光闌的光軸以使光量分布根據光量檢測值而均勻化。
在該調節方法中，如圖16所示，移動並調節光源24以使入射到掃描起始邊的光量感應器81的光束強度與入射到掃描終止邊的光量感應器84的光束的強度充分相等，而調節光束的水平校準。因此，雷射束的強度分布的最大強度部分可以對應於光學系統的光軸，掃描起始端的光量以及掃描終止端的光量可以在方法不損失掃描面上的光束直徑均勻度的基礎上而被均勻化。然而，由飽和光學系統的所引起的光量均勻度的衰減，以及由在光軸外側的照度降低而引起的在掃描兩端的光量減少，不能被抑制。
另一方面，JP-A No.8-171069(專利引證資料3)公開，通過將入射到反射面或者表面的光通量的寬度值(即，旋轉稜鏡的旋轉方向的寬度)設置為1.5或4倍於反射表面的寬度，從而將整個光學系統的光透射性的降低以及光量均勻度的衰減抑制在某一範圍內，這樣這種降低和衰減不會導致實際的問題。
然而，在JP-ANo.8-171069(專利引證資料3)所說明的方法中，當將該方法應用於圖像質量要求較高的成像裝置時會產生幾個問題。
首先，例如，當D0/Fa＝1.5時，處於最大掃描角的稜鏡上的光通量寬度不能完全覆蓋偏轉反射面，在掃描兩端甚至在一個有效掃描區發生光量的減少，以及厚度的減少。
當D0/Fa＝4時，高強度的光線入射到稜鏡反射表面的多個反射面之一，以及一個與掃描和偏轉光束的反射面相鄰近的反射面上(一個相鄰反射面)。由相鄰反射面所反射的多餘光線不直接入射被掃描的記錄介質的圖像區域。然而，當多餘光線被成像裝置內的透鏡等元件的一個端面等所反射時，多餘光線以足以使被掃描的介質曝光的強度而達到記錄介質，而形成所謂的閃爍光。該閃爍光在掃描面產生了一個重像(ghost)，而降低了圖像質量。因而，為屏蔽閃爍光需要設置新的光屏蔽裝置。
此外，如圖17所示，即使將稜鏡上的光通量寬度D0相對稜鏡的反射面的掃描方向寬度Fa的比率D0/Fa設置為4，掃描起始位置的光量相對掃描中心位置的光量比也不會超過90％，且邊緣位置的光量與中心位置的光量相比減少了12％。減少的數量依賴於成像裝置的設計不同而變化。例如，在諸如彩色印表機等採用大量中間色調的成像裝置中，厚度的變化可由肉眼而識別，因而成為達到高質量圖像的一個相對大的瓶頸。
為抑制光量的減少，我們認為可利用JP-ANo.11-218702(專利引證資料1)所描述的光闌孔徑17來校正光量分布。
然而，當光量分布(均勻度)由如專利引證資料1所描述的光闌孔徑17而校正時，由於用於校正由上述描述的不對稱分布所引起的光量均勻的校準改變量增加，導致光路偏移進一步增大，從而使光束直徑均勻度衰減變得顯著。
因此，對於將其稜鏡上光通量寬度D0相對稜鏡反射面的掃描寬度Fa的比率D0/Fa設置為1.5至4的範圍以內的結構中，製作該結構以校正光量的不均勻度，使其光束經光闌孔徑而通過，不可避免地會產生一個新的問題。

發明內容
如上所述，本發明的目的在於提供一種採用飽和光學系統，並且能夠抑制由閃爍光所引起的圖像質量的降低的光掃描裝置，並與圖像掃描裝置同時提供一個成像裝置。
為達到本發明的目的，本發明具有如下(1)至(8)個特點。
(1)一種光掃描裝置，包括發射光束的光源裝置；一個第一光學系統，該系統對光源裝置發射的光束進行整形；一個旋轉稜鏡，具有多個反射面，當旋轉稜鏡轉動時，反射由第一光學系統整形的光束，從而偏轉掃描光束；一個掃描光學系統，將旋轉稜鏡所偏轉掃描的光束聚焦到被掃描面上；以及寬度壓縮裝置，通過利用第一光學系統進行整形，對入射到反射面的光束在主掃描方向上的寬度，以及位於主掃描方向內沿偏轉掃描的方向已被加寬於反射面寬度的光束的寬度進行壓縮，其中為壓縮主掃描方向的光束寬度，將寬度壓縮裝置設置於有效掃描區的外側區域。
在光掃描裝置中，由光源裝置所發射的光束經第一光學系統整形，而入射到旋轉稜鏡的反射面。光束由於旋轉稜鏡的轉動而發生偏轉掃描，並且經掃描光學系統而聚焦到掃描面。在入射到旋轉稜鏡的反射面的光束中，在主掃描方向內沿光束偏轉掃描方向的光束寬度寬於反射面的寬度(所謂飽和光學系統)。因而，可減小反射面的尺寸，而增大掃描反射面的數量。
在入射到旋轉稜鏡的反射面的光束中，在主掃描方向的光束寬度被寬度壓縮裝置壓縮。即，在有效掃描區域外側的光束寬度在主掃描方向上是減少的。因而，在有效掃描區域外側的光束不是由鄰近正進行偏轉掃描光束的反射面的一個反射面而自然地反射，從而抑制了閃爍光的產生。因此，能夠抑制由閃爍光所引起的圖像質量的降低。
(2)一種光掃描裝置包括發射光束的光源裝置；一個第一光學系統，對光源裝置所發射的光束進行整形；一個旋轉稜鏡，具有多個反射面，當旋轉稜鏡旋轉時反射由第一光學系統所整形的光束，因而，偏轉掃描光束；一個掃描光學系統，將由旋轉稜鏡所偏轉掃描的光束聚焦到被掃描面上；以及寬度壓縮裝置，通過利用第一光學系統的整形，壓縮入射到反射面的光束的主掃描方向的寬度，以及在主掃描方向沿偏轉掃描方向已被加寬於反射面寬度的光束的寬度，其特徵在於，在寬度壓縮裝置中，反射面內光通量寬度W，在反射面內與掃描光學系統的光軸相垂直的方向，滿足以下關係式；φ×sin(θ/2+π/n)≤W≤φ×sin(2π/n)+0.035×f其中φ是旋轉稜鏡的外接圓的直徑，n是旋轉稜鏡的鏡面數，θ是在掃描面內掃描一個有效掃描寬度的最大掃描半角，而f是在整個光學系統內從光源裝置到第一光學系統的主掃描方向的焦距，而為校正掃描面上在掃描方向的光量分布，在垂直於偏轉掃描方向的副掃描方向的寬度是可調節的。
在這個光掃描裝置中，由光源裝置所發射的光束由第一光學系統整形，並且入射到旋轉稜鏡的反射面。光束由於旋轉稜鏡的旋轉而被偏轉掃描，並由掃描光學系統而聚焦到掃描面。在入射到旋轉稜鏡的反射面的光束中，在沿光束的偏轉掃描方向的主掃描方向的光束寬度寬於反射面的寬度(所謂飽和光學系統)。因而，反射面的尺寸可能被減小，而掃描的反射面數量能夠增加。
在光掃描裝置中，經寬度壓縮裝置，將入射到飽和光學系統的旋轉稜鏡的光束的主掃描方向內的寬度設置為，介於在掃描有效記錄區域時偏轉反射面的邊緣線所形成的寬度和在掃描最大曝光寬度時偏轉面的邊緣線所形成的寬度之間，此時存在由光源裝置誤差所引起的旋轉稜鏡的反射面的位置誤差。
因而，由光源中心的位移而引起對光量分布的影響，即，光量分布的不均勻，能夠在不足以引起實際問題的程度上而被抑制，並且能夠減少由閃爍光所引起的圖像質量的降低。
(3)如(1)或(2)所述的情況，寬度壓縮裝置設置於裝置和旋轉稜鏡之間，並且包括一個包括一個孔徑的光闌元件，該光闌元件可透過光線。
因此，將光掃描裝置中的寬度壓縮裝置製作為一個光闌元件，該元件設置於光源裝置和旋轉稜鏡之間。因而，寬度壓縮裝置能夠在不採用一個複雜/昂貴的光屏蔽裝置的情況下而以低成本被製作。
(4)如(3)所述的情況，為使光束入射到旋轉稜鏡的反射面，將光束設置為在一個掃描平面內，以相對掃描光學系統的光學軸成一確定的角度而入射，光闌元件的孔徑部分在主掃描方向的寬度相對於第一光學系統的光軸不對稱，並且從第一光學系統的光軸到旋轉稜鏡入射面的孔徑端面的寬度較反面更寬。
在光掃描裝置中，即使光束以某一傾角而以傾斜狀態入射到旋轉稜鏡反射面上，在一個掃描平面內，由於光學布局的限制，掃描面上的最大光強的位置能夠可靠地位於掃描中心，而可以校正掃描邊緣位置的光量分布的減小。即，光量分布的均勻度能夠提高。
(5)在如(1)到(4)所述的情況中，第一光學系統包括一個耦合光學系統，該系統匯聚光源裝置所發射的光束，一個第一支撐元件，該元件支撐光源裝置和耦合光學系統，這樣使光源裝置相對於耦合光學系統的位置是可以調節的。
在光掃描裝置中，通過改變光源相對於耦合光學系統的相對位置，使掃描面內掃描起始邊和掃描終止邊的光量是可調節的。因而，即使存在雷射強度分布等誤差，光量分布均勻度也可在不降低光學性能的情況下而得到改善。
(6)在如(1)至(4)所述的情況中，第一光學系統包括一個耦合光學系統，該耦合光學系統對光源裝置所發射的光束進行匯聚，以及一個第二支撐元件，該元件支撐一體化的光源裝置和耦合光學系統，這樣使光源裝置和耦合光學系統能夠一體地移動。
在光掃描裝置中，如果可以調節掃描面上在掃描起始邊和掃描終止邊所形成的光量，則可以抑制象差衰減所產生的不利影響。
(7)在如(5)或(6)所述的情況中，光闌元件設置於朝向旋轉稜鏡側並且遠離耦合光學系統的出瞳至少耦合光學系統的焦距的位置。
在具有上述特點的光掃描裝置中，當介於掃描起始邊和掃描終止邊的光量差通過調節光源或者耦合透鏡的位置而進行校正時，可以提高調節的靈敏度。即使校正了由光源的強度分不對稱而引起的在掃描面上光量分布的不均勻度，由於光束的理論位置和光束的實際位置之差是很小的，所以象差衰減也很小，從而對於諸如光束直徑內的不均勻度等光學性能的降低也能夠抑制。
(8)一個成像裝置，包括如(1)到(7)描述的光掃描裝置以及一個圖像載體，其中由光掃描裝置所偏轉掃描的光束被聚焦到被掃描面而成像。


圖1所示為本發明第一實施例的光掃描裝置和採用光掃描裝置的成像裝置的簡要結構的透視圖。
圖2A所示為本發明第一實施例的光掃描裝置的簡要結構示意圖，以直線表示部分雷射束，圖2B所示為雷射束光量分布的示意圖。
圖3所示為本發明第二實施例的光掃描裝置和安裝有光掃描裝置的成像裝置的簡要結構透視圖。
圖4A所示為本發明第二實施例的光掃描裝置的簡要結構示意圖，以直線表示部分雷射束，圖4B所示為該雷射束的光量分布圖。
圖5A到5C所示為分別在掃描起始邊和掃描終止邊的雷射調節量和掃描面上的相對光量之間的關係圖。圖5A所示為一種不採用校正光量的光闌結構示意圖。圖5B所示為在採用校正光量的光闌結構的光掃描裝置中，當在偏轉反射面上的光通量的寬度被放大至15.3mm時，雷射擴散角的中心移動2°時的狀態示意圖，而圖5C所示為採用第一實施例結構的情況。
圖6A所示為採用發生中心位移的雷射單元的光掃描裝置的簡要結構示意圖，用以對比，而圖6B所示為其光量分布的示意圖。
圖7A所示為不採用校正光量分布的光闌結構的光掃描裝置的簡要結構示意圖，用以對比，而圖7B所示為其光量分布的示意圖。
圖8所示為在光束直徑處於W＝15.3mm以及W＝12.86mm情況下(實施例)調節後光量分布和均勻度之間的關係圖。
圖9所示為，當雷射束的擴散角的中心移動2°而掃描起始邊的光量等於掃描終止邊的光量時，雷射單元的調節量、掃描起始端和掃描終止端的光束直徑之差、以及耦合透鏡和光闌元件之間距離變化的關係圖。
圖10A所示為本發明第三實施例的光掃描裝置和採用光掃描裝置的成像裝置的簡要結構透視圖，圖10B所示為採用對稱形狀光闌的光掃描裝置的光量分布的示意圖，以及圖10C所示為採用非對稱形狀光闌的光掃描裝置的光量分布的示意圖。
圖11所示本發明第三實施例，當雷射束的擴散角中心偏轉2°，為使兩端的光量分布差相等，通過調節雷射單元8而校準光量分布之差時，光掃描裝置的光量分布的示意圖。
圖12所示為本發明第三實施例的光掃描裝置的旋轉稜鏡附近的放大示意圖。
圖13所示為現有成像裝置的簡要結構透視圖。
圖14所示為如圖13所示的成像裝置的光量分布示意圖。
圖15所示為如圖13所示的成像裝置的光量分布的校正效果示意圖。
圖16所示為不同於圖13的現有圖像裝置的簡要結構平面示意圖。
圖17所示為不同於圖13和圖16所示的現有成像裝置的位於掃描起始位置的光量對於位於掃描結束位置的光量的比率和D0/Fa之間關係示圖。
圖18所示為本發明的光掃描裝置的偏轉反射面上的位於主掃描方向的光通量寬度的示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明。在以下的說明中，引用具體的數值只是為說明的方便，而不能將本發明局限於由這些數值所規定的結構。
圖1所示為本發明第一實施例的光掃描裝置102以及採用光掃描裝置102的成像裝置100的簡要結構示意圖。圖2所示為光掃描裝置102，用直線表示部分雷射束LB。從光掃描裝置102發射出相應於圖像信息相的一束光束，並聚焦在即將被掃描的表面，該表面是構成成像裝置100的光感鼓106的表面，以供成像。此時，光束以箭頭M的方向(主掃描方向)被掃描，光感鼓106以某一確定方向(副掃描方向)而轉動，而在光感鼓106上形成一個靜電隱伏圖像。通過圖中末示的顯影裝置將靜電隱伏圖像的色粉固定並顯影(可見的)，並且傳輸並固定到圖像介質(第二介質)上，諸如紙，因而在圖像介質上記錄了理想的圖像。在以下說明中，主掃描表面表示由下述旋轉稜鏡122所反射和偏轉的雷射束LB所形成的一個表面。因而，主掃描方向垂直於旋轉稜鏡122的旋轉軸CL。
光掃描裝置102具有一個雷射束單元108，發射相應於圖像信息的雷射束LB。沿雷射單元108的雷射束LB的發射方向安裝了一個耦合透鏡110，一個光闌元件112，一個柱狀透鏡114，以及一個反光鏡116。在光闌元件112中，如下所述，設置了一個用以使雷射束LB的光量分布均勻化的孔徑112H。柱狀透鏡114僅在相應於副掃描方向的具有放大作用。因此，在雷射束LB中，光量分布是由光闌元件112所校正的。雷射束LB隨之在相應於副掃描方向經柱狀透鏡114而匯聚，並且由鏡116而反射。
沿反射鏡116所反射的雷射束LB的傳播方向設置柱狀透鏡118、120以及旋轉稜鏡(多稜鏡)122。柱狀透鏡114在相應於主掃描方向的方向具有放大作用，將雷射束LB充分轉變為平行光，並且使雷射束LB入射到旋轉稜鏡122上。
將旋轉稜鏡122製作成平面稜鏡的形狀並且其平面圖呈正多角形(實施例為正十二邊形)的形狀。旋轉稜鏡122的每一面作為一個反射面124。旋轉稜鏡122通過圖中未示的旋轉驅動裝置而繞旋轉軸CL以一固定的角速度而旋轉。因而，當入射到一個具體的反射面124(以下將反射面稱為「反射面」124D，而將相鄰反射面124D的反射面稱為「相鄰反射面」124N)的雷射束LB是由特定反射面124所反射時，通過轉動旋轉稜鏡122移動反射面，從而使雷射束LB沿主掃描方向被偏轉掃描。由於旋轉稜鏡122的轉動，導致偏轉反射面124D順次移動到相鄰反射面。
在本實施例中，第一光學系統126包括耦合透鏡110、柱狀透鏡114、118以及120。第一光學系統126構成所謂飽和光學系統，雷射束LB入射到偏轉反射面124D上，其中雷射束LB的寬度大於相應主掃描方向上旋轉稜鏡122的偏轉反射面124D的寬度。這樣下述旋轉稜鏡122壓縮其反射面124的尺寸。因而，用於掃描的反射面24的面數能夠被增加。
在光闌元件112的孔徑112H中，在垂直於主掃描方向的方向上(相應於副掃描方向)的寬度(實際高度)沿相應於主掃描方向的方向而改變，而使兩端部的寬度相對主掃描方向的中心部分加大。換言之，孔徑112H的副掃描方向的寬度隨偏轉而採用的雷射束LB的光通量寬度的變化而變化。因此，在掃描面106S上的光量分布被校正並均勻化。以下，將為校正在主掃描方向的光量分布而消除光量的不均勻度而設置的光闌孔徑，稱為光量分量校正光闌。
由旋轉稜鏡122而雷射束LB再次入射到柱狀透鏡118和120上，並且對雷射束LB提供以成像功能和fθ特性而保持掃描方向。因此柱狀透鏡118和120不僅構成了本發明的一個掃描光學系統128而且也成為第一光學系統126的一部分，並且形成了所謂的雙路光學系統。這樣可允許一個前方入射，該入射對於提高飽和光學系統光量分布的均勻度是有利的。此外，這個特點與採用大孔徑的準直光管透鏡可達到完全相同的效果。因而，在本實施例中，即使所採用的耦合透鏡110具有相對較小的直徑，寬的光通量也能夠容易地入射到旋轉稜鏡122上。例如，在本實施例中，一個耦合透鏡110的焦距是12.5mm，NA是0.21，而柱狀合成透鏡118和120的複合焦距是332.5mm。這樣，複合第一光學系統126等效於當NA為0.21而焦距為38.7mm的準直光管透鏡。考慮製造透鏡的成本，可以發現上述特點對於降低成本是非常有利的。
一個柱狀鏡130安裝在雷射束LB的發射方向。由柱狀鏡130所折射的光束LB聚焦到光感鼓106的正被掃描面106S上。柱狀鏡130將雷射束LB聚焦至正被掃描的表面，從而實現成像。此外，柱狀鏡130具有校正被掃描面的位置漲落的功能，該位置漲落是由多個偏轉反射面124D的尖塔差而引起的。
由於光感鼓106的旋轉以及旋轉稜鏡122對雷射束LB的反射和掃描，使二維的圖像信息被寫入並記錄為隱伏圖像。由圖中未示的顯影裝置將隱伏圖像顯影出來。然後，通過將所顯影的圖像傳輸到第二介質(通常為紙等介質)而成像。用於記錄的感光膠片等介質可以用於製作被掃描面106S。
由旋轉稜鏡122所偏轉和反射的部分光通量，其光路是在將在以下內容給予詳細說明的有效掃描區域的外側的掃描起始邊，由反射鏡132折射，並且入射到檢測器134的掃描起始位置。通過掃描起始位置檢測器134將一個掃描開始信號輸出到控制裝置(末示)，並且在掃描開始信號輸出後一段確定時間之後，根據圖像信號而開始開/關操作，經此圖像記錄在被掃描表面106S上。
在本發明中，雷射束LB沿主掃描方向的寬度是由光闌元件112的孔徑112H所限制的，這樣該寬度在有效掃描區域外側的主掃描方向是減小的。從而可以抑制所謂閃爍光的產生。這一點將給予詳細說明。
沿光闌元件112的主掃描方向的寬度(以下稱為「主掃描方向寬度」)設置為旋轉稜鏡122的偏轉反射面124D的要求光通量寬度的最小值。該要求光通量寬度表示，在進行對有效記錄區域(例，光感鼓106的區域，在該區域上實現了實際的圖像記錄)的掃描過程中在旋轉稜鏡122的旋轉角中，當偏轉反射面124D移動時介於偏轉反射而124D的掃描起始邊的邊緣線和掃描終止邊的邊緣線之間的距離。因而，有效掃描區域外側的雷射束LB(以下有時將該雷射束稱為「外側區域雷射束」)並不有助於實際圖像的形成，並且對於圖像的形成也是沒有必要的。此外，在諸如本實施例的飽和光學系統中，外側區域雷射束有時入射到旋轉稜鏡的相鄰反射面124N上。這時，外側區域的雷射束被作為成像裝置100內的閃爍光FL而被散射。然後，當部分散射的光線直接達到了感光鼓106的正被掃描的表面時，或者當部分散射光線，該光線是由另一個元件(一個盒或者類似物的壁，圖中末示)而反射的，達到感光鼓106的正在被掃描的表面時，會在圖像中產生重影，從而導致圖像質量的劣化。此外，由於通常將感光鼓106或者顯影裝置(圖中末示)製作得大於有效記錄寬度，當由相鄰反射面124N所引起的閃爍光FL達到要求記錄寬度的外側時，色粉仍殘留在外側區域。在外側區域的色粉不能被傳輸到圖像記錄介質，而仍舊留在感光鼓106的上面，從而引起裝置內部的灰塵。
然而，在本實施例中，可以通過適當地設置光闌元件112的孔徑112H的主掃描方向寬度從而抑制產生上述達到要求記錄區域外側的雷射束。這樣，在該狀態下正在偏轉掃描雷射束LB的偏轉反射面124D只反射其寬度等於或者小於有效偏轉反射面124D寬度的光線。即，與有效區域內雷射束LB的強度相比，位於有效區域外側的雷射束的強度明顯降低。因此，抑制了閃爍光FL的產生同時也抑制了感光鼓106上重影的產生。進而，由於色粉不接近要求記錄寬度的外側，因此也抑制了裝置內部灰塵的產生。
本發明採用了飽和光學系統。如圖2所示，當雷射束在掃描終止邊(EOS)的鄰近進行掃描時，鄰近反射面124N的雷射束LB′在掃描起始邊進行掃描。然而，由於雷射束LB的光通量在偏轉反射面124上是很窄的，鄰近反射面124N的雷射束LB′不具有足夠的強度，難以引起圖像質量的降低。在所謂的圖像曝光的情況中，甚至在有效記錄寬度之內，對應於有效記錄寬度的末端幾毫米的雷射單元108常常會在一段時間內不亮。進而，在有效記錄寬度外側區域，作為鄰近面的反射光線，該光線是通過光量控制過程中的照明或者是掃描開始檢測過程中的照亮而產生的，進而退離了記錄寬度，掃描光線的強度進一步減少了。如圖2B中的光量分布曲線DL所示，用以形成圖像的足夠的光量均勻地穩定在有效記錄寬度的主掃描方向，並且只有其光強低至不會引起圖像質量降低的光量達到有效記錄區域外側的被掃描面106S。因而，可在要求區域形成高質量的圖像，而不引起上述圖像質量的降低。
在本實施例中，作為一個實例，將掃描光學系統128的焦距設為332.5mm，旋轉稜鏡122是正十二面體，旋轉稜鏡122的外接圓是25.882mm，而有效記錄寬度是297mm。要求光通量寬度為12.07mm。通過將光闌元件112的孔徑112H在主掃描方向的寬度設置為3.6mm，從而減小了在要求記錄寬度外側的區域，即有效記錄區域外側的掃描光束強度。
對於光闌元件112，為抑制FL的產生，過去建議單獨安裝光屏蔽元件。在這種情況下，由於在設計孔徑時不用再考慮抑制閃爍光FL產生，所以孔徑的主掃描方向的寬度可以具有相對寬的寬度。然而，由於本實施例不採用這種過時的光屏蔽元件，需要注意本實施例能夠大大有助於成本的降低。
以下將對本發明的第二實施例給予說明。圖3所示為第二實施例的光掃描裝置202以及安裝有光掃描裝置202的成像裝置200的簡要結構示意圖。圖4所示為第二實施例的光掃描裝置202的簡要結構圖，而部分雷射束LB以直線表示。
由於第二實施例的光掃描裝置202的每個元件的設置(光學排列)與第一實施例是相同的，所以省略其詳細說明，並且採用相同的參考數字和符號。
在第二實施例中，其中φ是旋轉稜鏡122的外接圓的直徑，n是反射面124的面數，θ是在掃描面內的有效掃描寬度進行掃描的最大掃描半角，而f是在第一光學系統的旋轉稜鏡之前的光學系統的掃描方向的焦距，而光闌元件112的孔徑112H的形狀可設置為使在主掃描方向的偏轉反射面124D光通量的光通量寬度W，該寬度是由光闌元件112的孔徑112H決定的，滿足以下表達式φ×sin(θ/2+π/n)≤W≤φ×sin(2π/n)+0.035×f由φ×sin(θ/2+π/n)所表示的寬度是光通量寬度的下限值，該值能夠掃描相應於有效記錄區域的寬度而不減少光量。由φ×sin(2π/n)+0.035×f所表示的寬度是光通量寬度的上限值，該值可以在考慮到由雷射單元108和光學系統126的中心位移所引起的誤差的基礎上而掃描最大掃描寬度。
下面結合圖18對光通量寬度W的上述極限值給予詳細說明。
圖18所示為旋轉稜鏡122的邊緣線位置以及在偏轉反射面124D的主掃描方向的光通量寬度。在圖18中，當對有效記錄寬度的邊緣部分進行掃描時用實線表示偏轉平面，而當對最大掃描寬度進行掃描時用斷線表示偏轉平面。
假設旋轉稜鏡122的外接圓的半徑為φ，掃描有效記錄寬度的邊緣部分時旋轉稜鏡122的邊緣線位於位置A，而在偏轉反射面124D上與光學軸的距離可表示為φ/2×sin(θ/2+π/n)。
最大掃描時旋轉稜鏡122的邊緣線位於位置B，而在偏轉反射面124D與光學軸的距離可表示為φ/2+sin(2π/n)。
假設f是第一光學系統126的焦距，偏轉反射面124D上的強度中心的位移，該位移是由光源的強度分布(剖面profile)的中心位移γ而引起的，可表示為sin(γ)×f(以及當γ是Δa時為sin(Δa)×f，)。如下所述，在偏轉面上移動sin(γ)×f的1/2，足以校正由強度中心的位移而引起的光量差。
因而，通過將偏轉反射面124D的單邊的最大光通量寬度設置為Wmax/2＝φ/2×sin(2π/n)+sin(γ))×f/2，可以得到用於校正由光強度分布(profile)的中心位移而引起的誤差的光通量寬度，該誤差在掃描最大掃描寬度時充分覆蓋偏轉反射面124D的整個位置或者區域。
對於在飽和光學系統中所採用的γ(Δa)的值，2°通常是其上限。當要接受由大於2°的γ而引起的強度分布(profile)位移時，必須進一步減小第一光學系統126的焦距。然而，當第一光學系統的焦距已被縮小時，由於耦合透鏡的NA和雷射擴散角仍保持在某一確定範圍而使通量寬度也一定會在偏轉反射面124D上減小。即，光束直徑不能被控制在確定的尺寸之內，而在光量的減小在兩端部分是顯著的，這樣該光束不再適合於實際的應用。
因而，當將Δa的最大值設置為2°時，sin(γ)變為0.035，理想地將偏轉反射面上的光通量的寬度設置為在介於以下值域φ×sin(θ/2+π/n)≤W≤φ×sin(2π/n)+0.035×f在本實施例中，光闌元件112的孔徑112H的主掃描方向的寬度為4.2mm，而偏轉反射面124的光通量寬度為12.86mm。
為了使孔徑112H的寬度在副掃描方向(該方向與孔徑112H的偏轉掃描方向相垂直)是變化的，以便於校正在掃描面上的掃描方向的光量分布，光量分布的校正光闌可設置為將孔徑112H的在中心掃描部分的副掃描方向寬度設置為2mm，而在兩端部分設置為3mm。這樣可以允許在被掃描介質的有效記錄寬度內形成充分均勻的光量分布(在圖4中用「無誤差」的情況表示這種光量分布)。
以下將對本發明的工作過程給予說明。
首先說明由光源的雷射單元108的中心偏移所造成的影響以及光軸調節裝置。
通常，雷射束LB在主掃描方向的位置偏移引起偏轉反射面上的光量中心，該中心是飽和光學系統中的一個重要的控光裝置，以及柱狀透鏡118和120的光軸的偏移。在飽和光學系統中，旋轉移動的偏轉反射面124D，在反射面上反射並掃描具有給定光量的部分雷射束。光量的中心的偏移導致掃描起始邊光量和掃描結束邊光量之間對稱性的失去。因而，在掃描面上的光量分布的不均勻度，即，在掃描始端和終端會發生不平衡放大，由此產生圖像質量的厚度差。
在本實施例中，如圖3所示，為抑制圖像質量厚度差的產生，在掃描區域的外側安裝了掃描起始邊感應器206和掃描終止邊感應器208。因而，雷射單元108可根據由這些感應器206和208所測量的光量而在主掃描方向內可調節地移動，因而在掃描面上可充分實現均勻的光量分布。參考圖5A至5C對調節方法進行的描述。每個圖分別給出了位於掃描起始邊以及掃描終止邊的雷射調節量和掃描面上的相對光量之間的關係。每個圖中縱軸的數值表示光量(無量綱)的相對值，該值是通過將雷射單元108所發射的雷射束的光量定義為100而確定。
圖7A所示為其結構中沒有安裝上述用於校正光量分布的孔徑光闌元件的光掃描裝置(例如，一種其中只簡單製作有矩形孔徑的結構或者沒有製作光闌元件112的結構)。圖7B所示為在掃描面上的光量分布，該光量分布是由如圖7A所示的光掃描裝置而形成的。當雷射單元108在與圖7中紙面相同的平面上以逆時針的方向旋轉時，或者雷射擴散角的中心發生偏移時，雷射束LB的光量中心也發生偏移，如圖中交替的長短虛線所示。在該點，光量的中心移動到偏轉反射面上圖7A的左邊，而在掃描起始邊(左側)的光量分布變得大於掃描終止邊(右側)。因而，在掃描面上得到如圖7B中的交替長短虛線所示的光量分布。
如圖7B中的交替長短虛線所示的光量分布是分別由掃描起始邊的感應器206和掃描終止邊的感應器208而檢測到的，並且每個感應器所檢測的結果是彼此相等的。雷射單元108在箭頭A所示的方向而調節移動(通過旋轉，滑動等方式)，由此得到由圖7B實線所示的光量分布。
在圖7B中，便於參照，用斷線表示消除誤差狀態的光量分布。由圖7B中可以看出，當光量分布無誤差時，在掃描寬度的中心的光量很高，並且在有效掃描寬度的兩端顯示出在93％的相對光量。對於其雷射擴散角的中心位移已經過校正的光量分布，其光量分布顯示出與無誤差光量分布十分相同的光量分布曲線。
圖5A所示為當雷射束LB的角的中心移動2°時，在沒有採用用於校正光量分布的光闌的結構中，掃描起始端和掃描終止端的光量。在這一點上，由於第一光學系統126構成準直光學系統，該第一光學系統126的偏移值是由在偏轉反射面上的第一光學系統126的複合焦距乘以中心位移的正弦值而確定的。特別地，例如，在本實施例中當第一光學系統126在偏轉反射面移動了約1.3mm時，如圖5A所示，可以通過將雷射單元108相對於偏轉反射面上的位移調節移動0.065mm而使掃描起始端和掃描終止端的光量分布達到均勻。在這種情況下，如圖7B所示，相對光量(在掃描起始端和掃描結束端的光量相對於掃描中心部分的光量)約為92％。
然而，當用於校正光量分布的光闌採用了光闌元件112的孔徑112H時，雷射單元108的調節量與如圖5A所示的雷射單元108的調節量是完全不同的，隨主掃描方向內的雷射束LB的寬度而變化。因而，雷射束LB的直徑的均勻度也被影響。
與本實施例相比，圖5B給出在一個結構中設置了用於校正光量分布的光闌的光掃描裝置中，當雷射的擴散角的中心移動2°，同時孔徑112H在主掃描方向的寬度為5mm，而在偏轉反射面上的光通量的寬度放大到15.3mm時，在掃描起始端和掃描終止端相對於掃描中心部分的光量。如圖5B所示，即使移動雷射單元108，而在掃描終止端的相對光量也是不會變化的，而且在兩端部分的光量會隨掃描起始端的減少而減少。當雷射單元108移動了0.14mm時(即，當雷射單元108的調節量相當於沒有採用校正光量分布的光闌的結構所調節量的兩倍時)，在兩端部分的光量彼此完全一致。在這種情況中，在端位置的相對光量相對於中心部分為92％，該相對光量與不採用校正光量分布的光闌情況處於相同的水平或者更壞的水平。圖6A給出光掃描裝置簡要結構示意圖，該裝置採用其雷射單元108具有中心位移的結構，而圖6B給出掃描面上的光量分布，該光量分布是由光掃描裝置所形成的。當雷射單元108具有其中心位移時，如圖6B中的交替長短虛線所示，儘管由於用於校正光量分布的光闌的影響，在掃描終止邊相對光量的改變是很小的，但是由於光量中心的位移的影響，與沒有校正採用光量分布的光闌的情況相比，在掃描起始邊相對光量的大大增加。
此外，當光闌元件112的孔徑112H較大時，甚至在要求記錄區域的外側掃描面上的光量分布的改變是減小的。
因而，如圖5B所示，在掃描終止邊的光量基本不變。如果調節移動雷射單元108，由光量中心的位移而引起的在掃描起始端的光量降低是很小的，其中減小調節靈敏度近似與其結構中沒有採用校正光量分布光闌情況的調節靈敏度的兩倍一樣差。
另一方面，如圖5C所示為本實施例的在光掃描裝置102中的掃描面上的雷射的調節量和光量。在本實施例中，將孔徑112H的主掃描方向的寬度設置為4.2mm，而在偏轉反射面124D上的光通量寬度W設置為12.86mm。如圖5C所示，將雷射束108的移動量設置為0.04mm。即，雷射束108的調節量可以採用相對於不採用校正光量分布光闌的情況較小的調節量值。進而，如圖4B所示，抑制了光量分布校正效果的降低，從而使調節後的相對光量達到95％。如圖4B中斷線所示，由於光闌元件112對主掃描方向的光通量寬度的限制，當因光通量被限制在主掃描方向而使記錄寬度外側的相對光量迅速降低時，對於不進行中心移動的情況，在掃描面上的光量分布在要求記錄寬度內是十分均勻的。當可觀察到中心偏移時，在掃描面上的光量分布中(如圖中的交替長和短虛線所示)，由於光闌在掃描終止邊對光量分布的校正作用，從而降低了在記錄寬度內相對光量的減少。相反地，由於光量中心的移動而使掃描起始邊的相對光量明顯增加。
當為校正掃描起始邊和掃描終止邊的相對光量差而以給定的調節量移動調節雷射單元108時，在記錄寬度的掃描起始端部分發生相對光量的迅速變化。因此，與不採用校正光量分布光闌的結構相比，可利用一個相對小的移動量而校正光量差。這一點在圖5C中是很明顯的。從圖5C中可以看出，在掃描起始邊的光量逐漸改變，直到調節量為0.02mm。然而，當調節量超過0.02mm時，改變增大並且掃描起始邊和掃描終止邊之間的光量差也在0.04mm處被消除。
以上所述的條件表達式的誤差範圍，規定了在偏轉反射面124D上的光通量寬度，可根據不採用校正光量分布的光闌的情況中的調節量而設置。通過將光通量寬度設置在一個合適的範圍之內而改變校正靈敏度。進而，可以通過設置光通量寬度的設置，使所進行的調節與不採用校正光量分布的光闌情況採用相同的調節量。
雷射單元108的移動對於雷射束LB的光束直徑之差(介於掃描中心位置的光束直徑和掃描邊緣位置的光束直徑之差)是有影響的。圖8所示為調節後在掃描主方向和副掃描方向，當W＝15.3mm和W＝12.85mm(本實施例)時，光束直徑之差的和光量之差的關係。其中，光束直徑之差表示從位於掃描終止邊的光束直徑中減去位於掃描起始邊的光束直徑而得到的值，同時將光束直徑定義為在掃描表面雷射斑點的峰強度的1/e2。
從圖8中可以看出，當W＝15.3mm，在調節後的光量分布為0％時，在主掃描方向上介於掃描起始邊和掃描終止邊的光束直徑之差為-8μm，而在副掃描方向光束之差為13μm。相反地，在本實施例中當W＝12.86mm時，主掃描方向的光束直徑之差為-6μm，而副掃描方向的光束之差為5.5μm，與當W＝15.3mm的情況相比，結果明顯提高。這是因為與耦合透鏡110的光軸位移相比，雷射主光源所經歷位移相對增大(即，由於偏心率增加使象差變差)，並且當雷射單元108的移動量很大時，在主掃描和副掃描方向掃描的起始邊和掃描終止邊都產生了不同的截斷量。
如上所述，在本實施例中，設置光闌元件112的孔徑112H在主掃描方向的寬度，使旋轉稜鏡122的偏轉反射面124D的主掃描方向的光通量寬度表示為，在旋轉稜鏡122的偏轉反射面124D上，允許對最大暴露寬度進行掃描的寬度和校正第一光學系統和雷射單元108的中心位移引起誤差的寬度或數量的和。因而，可以充分的進行光量校正，而由誤差產生所引起的衰減也能被最小化。由於在主掃描方向的光闌孔徑的寬度，甚至當上述要求光通量寬度減小到光闌孔徑寬度的程度，也可以實現對雷射束LB的限制。在這種情況下，可以達到相同的上述效果。
移動調節雷射單元108的結構包括一種結構，其中設置一個可移動支撐雷射單元108的支撐元件，並由支撐元件所支撐的雷射單元108，可以通過用於調節的一個工具、一個夾具、一個電機或者一個電磁線圈(solenoid)而移動。
在本實施例中，雷射單元108和耦合透鏡10的結構為雷射單元108的位置可相對於耦合透鏡110的位置而調節。然而，也可以採用將雷射單元108和耦合透鏡110一體化地調節移動的結構，由於雷射的入射位置在偏轉反射面124D上是可調的，因此在此結構中光量的均勻度是可校正的。特別地，當第一光學系統126的複合焦距較短時，由擴散角的中心偏移而引起的主光束的偏移也在偏轉反射面124D上而減少。因而，通過一體地移動雷射單元108和耦合透鏡110，可以抑制耦合透鏡110以及雷射的主光束的偏心率而減輕象差的惡化，因而光束直徑的均勻度的惡化。
例如，當第一光學系統126的複合焦距為12.5mm時，當擴散角的中心位移為γ時，(在此為2°)，在偏轉反射面124D上的主光束的移動量為12.5·sin(γ)mm，而(當將γ設置為2°時)實際的移動量為0.44mm。因而，可以通過一體地移動雷射單元108以及耦合透鏡110以0.22mm而校正光量之差。此時，當主光束通過耦合透鏡110的位置不變時，不會導致因調節而產生的象差改變。只有介於掃描起始邊和掃描終止邊的光束直徑內的差，該差是由截斷量之差而引起的，會在主掃描和次方向都產生。因而，不會發生圖像質量的降低。
以下將對光闌元件112的設置給予說明。圖9所示為當雷射束LB的擴散角的中心位移為2°而為使掃描起始邊的和掃描終止邊的光量相等，而調節時，雷射單元108的調節量、掃描起始邊和掃描終止邊的光束直徑之差的、以及耦合透鏡110和光闌元件112之間的距離改變的關係。其中，考慮光闌元件112的孔徑112H的主掃描方向的寬度的因素，設置光闌元件112的位置以及其孔徑寬度，使在偏轉反射面124D的主掃描寬度為15mm。
如圖9所示，例如，如果在偏轉反射面124的主掃描方向的光通量寬度為15mm，該值大於第二實施例的值，則可以通過調節光闌元件112的位置使光闌元件112與耦合透鏡110的出瞳間的距離大於12.5mm，該距離是雷射單元108面對旋轉稜鏡112一側的焦距(優選地距離至少大約為這個距離的兩倍)，而減少雷射單元108的調節量並且因此減少光束直徑之差。當雷射束108被調節移動時，雷射束108的光發射點的位置也改變。然而，在耦合透鏡110和距離耦合透鏡110的出瞳以耦合透鏡110的焦距距離的位置之間，由於在主光束內的改變量小於雷射束108的移動量，所以光量差的校正量也很小。反之，當光闌元件112與耦合透鏡110的距離不小於耦合透鏡110的距離時，由於在主光束內改變量大於雷射束108的移動量，所以光量之差的校正量變大。因此，由於靈敏度增大而且可通過一個相對較小的移動量而校正光量之差，所以可以抑制象差的惡化。當將上述效果與通過孔徑112H而將雷射束LB限制在主掃描方向的效果結合採用時，可以進一步提高調節靈敏度而且調節象差效果也進一步被改善。
以下將對本發明的第三實施例給予說明。圖10A所示為從垂直於主掃描面的方向觀察得到的第三實施例的光掃描裝置302的新裝置示意圖。第三實施例的光掃描裝置302的結構為，設置了兩個雷射單元108，以及一個雷射束LB分別從每個雷射單元108發射光線，這樣總計可發射兩個雷射束LB。與此結構相對應，設置兩個耦合透鏡110，兩個光闌元件112，兩個柱狀透鏡114，兩個反射鏡116，以及柱狀透鏡118以及120。由於這些元件中的每一元件都與第一實施例的元件具有相同的結構，因而省略關於它們的詳細說明。然而，當在以下內容中對於處於彼此不同的狀態中的相同元件進行具體說明時，通過將其用符號A或者B標識以示區別。
由於可以通過簡單地用第三實施例的光掃描裝置而代替第一或者第二實施例的光掃描裝置而製作成像裝置，所以省略對於第三實施例的成像裝置的詳細說明。
在第三實施例的光掃描裝置302中，從每個雷射單元108發射雷射束LB，通過光闌元件112的孔徑12H(參考圖1)，並且通過柱狀透鏡114，反射鏡116，以及柱狀透鏡18和120而入射到旋轉稜鏡122上。在主掃描平面內每個雷射束LB相對柱狀透鏡118和120的光軸，以入射角βA和βB而分別入射到柱狀透鏡118以及120。當雷射束LB以傾斜狀態入射，並且經旋轉稜鏡122而偏轉掃描後，雷射束LB通過柱狀透鏡118和120，並被設置以fθ特性，並聚焦在主掃描平面內(即成像過程)。通過柱狀透鏡118和120的雷射束LB被柱狀鏡130折射，並聚焦到感光鼓106的被掃描面上。在本實施例中，確定雷射束LB的副掃描方向的位置以使每個雷射束LB在掃描面上能夠形成一個不同的掃描線。關於其具體的結構，例如，可以通過在垂直於雷射束LB的方向上形成不同的角度而得到不同的掃描線，這樣在雷射束LB之間會產生細微的角度差。因而，當維持相同的掃描速度時，可以加倍掃描厚度，這樣可有助於加速成像並且在成像裝置內的高分辯率。
通過對相同感光鼓106的不同掃描位置進行掃描，或者對不同感光鼓106上的雷射束LB進行掃描，可以形成不同顏色的圖像。此外，可以將這些不同顏色的圖像進行疊加而形成一個多彩色圖像。即，本發明的成像裝置可以被用作為一個多色彩成像裝置。關於其具體結構，可以增大垂直於雷射束LB的主掃描平面方向的角度之差，這樣每個雷射束在通過柱狀透鏡118和120後可以空間上分立。可以將結構製作為使兩個柱狀透鏡30(參考圖1)對應每個雷射束LB而設置，並且每個雷射束LB入射到每個雷射束LB以便在副掃描方向形成圖像並且在不同的掃描位置掃描。
在本實施例中，將相對光軸的入射角βA和βB分別而設置為-8°和8°，並假設圖10A中的逆時針方向為正方向。當採用其雷射束LB在主掃描平面內以不同的入射角而入射到旋轉稜鏡122上的結構時，如果雷射束LB的強度中心以及柱狀透鏡118和120的光軸以相同的位置而相切於偏轉反射面124D，則光量分布的峰值是掃描面上移動的，因而，在掃描起始邊和掃描終止邊產生了光量之差，儘管雷射束LB的擴散角的中心不發生位移。通過提前在偏轉反射面124D之內而從柱狀透鏡114的光軸而移動雷射束LB的強度中心可以避免這種不利的發生。在本實施例中，由於一個旋轉稜鏡122的內接圓的直徑為25mm，雷射束LBA的雷射光量的中心相對柱狀透鏡114的光軸向圖10的左側而移動了0.4mm，當雷射束LBB的雷射量的中心相對於柱狀透鏡114的光軸而向圖10A的右側而移動0.4mm時，因而在沒有誤差發生的情況可以確保光量分布的均勻度。
然而，當掃描起始邊和掃描終止邊的光量之差，該值是由雷射束LB的擴散角的中心位移而引起的，經調節雷射單元108或者耦合透鏡110的位移而校正時，可能在調節後產生光量分布形狀的不對稱性。這種光量分布形狀的對稱性可能導致強度的變化。圖11所示為光量分布，當將入射角βA和βB分別設置為-8°以及8°時，光闌元件112的孔徑112H相對於光軸而製作成對稱形狀，並且當雷射束LB的擴散角的中心位移為2°時，光量之差是通過調節雷射單元108的位移以使在兩端的光量分布一致而實現的。在這種情況下，在兩端的光量分別約為90％，(即，在±150mm附近的光量，嚴格地在148.5mm處，即掃描終止邊)，彼此完全一致。當βB＝8°時，光量分布的最大強度的位置位於-50mm處，而在-100mm到-148.5mm的範圍內光量迅速變化。反之，當βA＝-8°，光量分布的最大值位於+30mm處，而從最大什部署向+148.5mm處光量明顯減小，該位置即掃描終止端。由於光量分布的減少產生了實際成像厚度的變化，因而減少光量不是優選地。此外，當由不同的掃描線是由多個雷射束LB掃描時，除掃描邊緣和掃描中心部分以外，由於對於每個掃描線都會產生不同的光量，因而形成鋸齒形(pitch-shaped)的厚度漲落從而產生圖像質量缺陷，諸如在主掃描方向的條形的條紋。
如上所述，當多彩色圖像是通過上述多個雷射束LB對不同位置掃描而得到時，對於每種會產生厚度的改變以產生所謂的二級顏色，三級顏色等。因此，當多個顏色疊加時色輝(tint)有時是不同的。這種色輝的改變較單色厚度的改變更容易被人眼識別。因而，單色間的厚度差不大於5％時，可在相同的列印表面產生彩色的細微差別以及圖像質量的降低。此時，有必要減少光量之差。
因而，在本實施例中，將光闌元件112的孔徑112H的主掃描方向的寬度製作成相對於第一光學系統126的光軸是非對稱的，這樣在偏轉反射面124D的光通量的主掃描方向的光量對於光量的中心是不對稱的。特別地，光闌元件112在主掃描方向的形狀設置為其光通量寬度，在主掃描方向，在入射到旋轉稜鏡122的一側與其在相反一側的光通量相比是放大的。如圖10C所示，曲線DLA以及曲線DLB表示在具有如上所述的非對稱孔徑結構的光掃描裝置中的光量分布。如圖10B所示，曲線DLB′以及曲線DLA′表示採用對稱孔徑結構的光掃描裝置的光量分布。
結合圖12將對上述發明要點給予更加詳細的說明。圖12所示為從下方入射到掃描光學系統128(參考圖10)的光軸的雷射束LBA的偏轉反射面附近的簡要示意圖。在採用非孔徑光闌的結構的情況中的雷射束(光通量)用實線來表示，而在採用對稱孔徑光闌結構中的雷射束(光通量)用交替一長兩短虛線來表示。以下除具體指出以外，名詞「上」或者「下」指圖12中的上或者下。在圖12中，為便於描述，由於雷射束LBA的光通量是設置為水平的，所以將掃描光學系統128的光軸OA設置為傾斜的。
如圖12所示，當雷射束LBA在主掃描面內以傾斜的狀態入射時，在掃描開始到掃描結束，偏轉反射面124D相對於掃描光學系統128的光學軸的角度是不對稱的。因而，有效反射面的大小也是不同的。因此，如圖12中的交替一長兩短虛線所示，當其光通量寬度相對於光軸OA′對稱的雷射束LBA入射到偏轉反射面124D時，在其相對較小的有效反射面上的光通量寬度(由寬度W1所表示的部分)變成一個入口(excess)。當為校正上述傾斜入射時的光量分布的中心的偏移，而將在偏轉點的雷射束LB的強度中心由掃描光學系統128的光軸OA而移動時，該入口(excess)變得變得更大。當由雷射束LB的中心位移而引起的光量之差被校正時，該入口(excess)光通量寬度也降低了調節靈敏度，該點引起光量分布的強度峰值的移動。
當在偏轉面上雷射束LBA的擴散角的中心向上而移動時，由於在偏轉面上的光通量的強度中心也向上移動，在被掃描面上的光量分布也在其上方部分(在本實施例中的掃描起始邊)也變得相對增大。當為校正上述光量分布的不均勻度而調節雷射束LBA時，通常移動雷射單元104，這樣在偏轉平面上的光量的中心也最終向下返回。然而，在採用對稱光闌孔徑(用寬度W3所表示的部分)的結構中，諸如由圖12中的長短虛線所表示的光闌元件112′，掃描光通量的光量改變在其上面部分是減少的，即，在掃描起始邊，因面很難達到校準的效果。此外，由於有效反射面相對較小，相對於必須的光通量寬度，不必要提供的光通量寬度部分變大(在圖12中，比較兩個反射面124S和124T，在上面的(圖中)反射面124S中的有效反射面的寬度較下面的反射面124T的有效反射面的寬度要小)。因而，其有效反射面較小的反射面124S需要進行較大量的調節，而導致過校正，光量的中心過分向下移動，並且在掃描面上的光量分布的最大值位置也向掃描終止邊(圖12中的下方)而移動。如上所述，當調節量很大時，在有較大相對光量減少的位置光量之差被消除。因而，校正光量分布的效果被降低，並且一側的光量趨於迅速變化。另一方面，當雷射束LBB的入射角在主掃描平面內反向時，執行過校正，這樣光量分布的最大值的位置向掃描起始邊而移動。
在本實施例中，如圖12中實線所示，將光闌元件112的孔徑112H的主掃描方向的寬度製作成對稱的，這樣只有在其有效反射面寬度相對小的反射面上的光通量寬度(在圖12中的上邊部分)是減少的(由W4表示的部分)。因而，如果雷射束LB的擴散角的中心向任一邊移動時，由由偏移校準而引起的雷射束LB的移動量被設置為最小值而且過校正被抑制，在兩端的光量之差可以在不減少兩端相對光量的情況下而彼此一致。此外，能夠減少光量分布的最大位置的偏移，而且可以最小化強度的改變和色輝的改變。
在雷射束LBA以及LBB中，儘管光闌元件112的孔徑部分12H的形狀是反向對應的(即對稱的)，當如上述情況相同，入射角的絕對值是相等時(在本實施例中為8°)，在非LBA和LBB之間的不對稱的寬度部分也是彼此相等的。因而，通過採用相同的倒轉的光闌元件112，通常可以採用相同的元件，由此製造元件的成本可以被降低。安裝元件112的操作也變得容易。
簡言之，當本發明採用上述結構時，有採用飽和光學系統的光掃描裝置中可以可靠地抑制由閃爍光所引起的圖像質量的降低。
權利要求
1.一種光掃描裝置，包括發射光束的光源裝置；一個第一光學系統，對從光源裝置發射的光束進行整形；一個旋轉稜鏡，具有多個反射面，當旋轉稜鏡旋轉時，反射經第一光學系統整形的光束，由此偏轉掃描光束；一個掃描光學系統，將旋轉稜鏡而偏轉掃描的光束聚焦到掃描面，以成像；以及寬度壓縮裝置，用於壓縮入射到反射面上的光束在主掃描方向內的寬度，通過第一光學系統的整形，在主掃描方向內沿偏轉掃描方向的光束的寬度已被加寬於反射面的寬度。其特徵在於，為壓縮光束的寬度，將寬度壓縮裝置設置在主掃描方向，有效掃描區域的外側區域。
2.一種如權利要求1所述的光掃描裝置，其特徵在於，寬度壓縮裝置設置於光源裝置和旋轉稜鏡之間，並且包括一個包括有一個孔徑部分的光闌元件，該元件是可透光的。
3.一種如權利要求2所述的光掃描裝置，其特徵在於，在一個掃描面內，以相對於掃描光學系統光軸的一個確定入射角，使光束入射到旋轉稜鏡的反射面，光闌元件在主掃描方向的寬度相對第一光學系統的光軸是不對稱的，並且從第一光學系統到旋轉稜鏡入射面的孔徑部分端面的寬度寬於相對側。
4.一種如權利要求1所述的光掃描裝置，其特徵在於，第一光學系統包括一個耦合光學系統，該系統對光源裝置發射的光線進行匯聚，以及一個第一支撐元件，該元件支撐光源裝置和耦合光學系統，這樣使光源裝置相對於耦合光學系統的位置是可調節的。
5.一種如權利要求4所述的光掃描裝置，其特徵在於，該光闌元件位於遠離耦合光學系統的出瞳而朝向旋轉稜鏡一側的位置，至少相距一個耦合光學系統焦距的距離。
6.一種如權利要求1所述的的光掃描裝置，其特徵在於，第一光學系統包括一個耦合光學系統，該耦合光學系統對光源裝置所發射的光束進行匯聚，以及一個第二支撐元件，該元件用於支撐一體化的光源裝置以及耦合光學系統，以便光源裝置以及耦合光學系統能夠一體化地移動。
7.一種如權利要求6所述的光掃描裝置，其特徵在於，該光闌元件位於遠離耦合光學系統的出瞳而朝向旋轉稜鏡一側的位置，並且相距至少一個耦合光學系統焦距的距離。
8.一種光掃描裝置，包括發射光束的光源裝置；一個第一光學系統，該系統對光源裝置所發射的光束進行整形；一個旋轉稜鏡，具有多個反射面，當旋轉稜鏡旋轉時，反射經第一光學系統所整形的光束，由此而偏轉掃描光束；一個掃描光學系統，將由旋轉稜鏡而偏轉掃描的聚焦光束聚焦到被掃描面以成像；以及寬度壓縮裝置，對入射到反射面的光束在主掃描方向的光束寬度進行壓縮，通過利用第一光學系統的整形，使在主掃描方向沿已被加寬於偏轉掃描面寬度的光束寬度大於反射面的寬度，其特徵在於，在寬度壓縮裝置中，在反射面內光通量W，在反射面內垂直於掃描光學系統光軸的方向內，滿足以下表達式；φ×sin(θ/2+π/n)≤W≤φ×sin(2π/n)+0.035×f其中φ是旋轉稜鏡的外接圓的直徑，n是稜鏡旋轉面的數目，θ是掃描面內對有效掃描寬度進行掃描的最大掃描半角，而f是在整個光學系統內從光源裝置到第一光學系統的主掃描方向的焦距，而在垂直於偏轉方向的副掃描方向的寬度是可調節的，以便於校正掃描面上在掃描方向的光量分布。
9.一種如權利要求8所述的光掃描裝置，其特徵在於，壓縮裝置的被設置於光源裝置和旋轉稜鏡之間，並且包括一個包括一個孔徑的光闌元件，該元件是可透光的。
10.如權利要求9所述的光掃描裝置，其特徵在於，設置光束使其在掃描面內以相對於掃描光學系統的光軸一個確定的傾斜角入射到旋轉稜鏡的反射面，光闌元件孔徑在主掃描方向的寬度相對於第一光學系統的光軸是不對稱的，並且從第一光學系統的光軸到旋轉稜鏡入射邊的孔徑端面的寬度寬於相對側面。
11.一種如權利要求8所述的光掃描裝置，其特徵在於，第一光學系統包括一個耦合光學系統，該耦合光學系統將從光源裝置所發射的光線進行匯聚，以及一個第一支撐元件，該元件支撐光源裝置和耦合光學系統，這樣光源裝置相對於耦合光學系統是可調節的。
12.一種如權利要求11所述的光掃描裝置，其特徵在於，該光闌元件設置於遠離耦合光學系統的出瞳並朝向旋轉稜鏡一側的位置，距離至少一個耦合光學系統焦距的距離。
13.一種如權利要求8所述的光掃描裝置，其特徵在於，第一光學系統包括一個耦合光學系統，該耦合光學系統對光源裝置發射的光束進行匯聚，以及一個第二支撐元件，該元件用於支撐一體化狀態的光源裝置以及耦合光學系統，以使光源裝置以及耦合光學系統能夠一體化地移動。
14.一種如權利要求13所述的光掃描裝置，其特徵在於，該光闌元件設置於遠離耦合光學系統的出瞳並朝向旋轉稜鏡一側的位置，距離至少一個耦合光學系統的焦距位置。
15.一種光掃描裝置，包括發射光束的光源裝置；一個第一光學系統，對從光源裝置發射的光束進行整形；一個旋轉稜鏡，具有多個反射面，當旋轉稜鏡旋轉時，反射經第一光學系統整形的光束，由此而偏轉掃描光束；一個掃描光學系統，由旋轉稜鏡而反射掃描的光束聚焦到掃描面，以成像；以及寬度壓縮裝置，用於壓縮光束在主掃描方向光束的寬度，其特徵在於，設置第一光學系統使其增加在主掃描方向光束的寬度，而大於反射面的寬度，主掃描方向們於沿反射掃描和方向，當設置寬度壓縮裝置，以減少光束在主掃描方向的寬度，在有效掃描區域外側，並且 以校正光束在被掃描面上的光量分布，這樣可以通過改變在寬度壓縮裝置在副掃描方向的寬度而使光量分布均勻。
16.如權利要求15所述的光掃描裝置，其特徵在於，製作寬度壓縮裝置，使在光束主掃描方向的光束寬度相對於旋轉稜鏡的反射面上的要求光通量寬度最小化。
17.如權利要求15所述的光掃描裝置，其特徵在於，在寬度壓縮裝置中，在偏轉平面內，在反射面上垂直於掃描光學系統的光學軸的方向內的光通量寬度W，滿足如下表達式；φ×sin(θ/2+π/n)≤W≤φ×sin(2π/n)+0.035×f其中φ是旋轉稜鏡的外接圓的直徑，n是稜鏡旋轉面的數目，θ是掃描面內在掃描有效掃描寬度時的最大掃描半角，而f是在整個光學系統內在主掃描方向從光源裝置到第一光學系統的焦距。
18.如權利要求15所述的光掃描裝置，其特徵在於，第一光學系統包括一個耦合光學系統，該耦合光學系統對光源裝置發射的光線進行匯聚，以及一個第一支撐元件，該元件支撐光源裝置和耦合光學系統，這樣使光源裝置相對於耦合光學系統的位置是可調節的。
19.一種如權利要求18所述的光掃描裝置，其特徵在於，該光闌元件設置於遠離耦合光學系統的出瞳並朝向旋轉稜鏡一側的位置，距離至少一個耦合光學系統的焦距位置。
20.一種如權利要求15所述的光掃描裝置，其特徵在於，寬度壓縮裝置設置於光源裝置和旋轉稜鏡之間，並且包括一個包括有一個孔徑部分的光闌元件，該元件是可透光的。
21.一種如權利要求20所述的光掃描裝置，其特徵在於，設置光束，使其在一個掃描面內，以相對於掃描光學系統光軸的一個確定入射角而入射到旋轉稜鏡的反射面，光闌元件的孔徑部分在主掃描方向的寬度相對於第一光學系統的光軸是不對稱的，並且從第一光學系統的光軸到旋轉稜鏡入射面的孔徑部分端面的寬度寬於相對側。
22.一種成像裝置，包括如權利要求1所述的光掃描裝置；以及一個圖像載體，其特徵在於，經光掃描裝置而偏轉掃描的光束聚焦到被掃描的表面以供成像。
全文摘要
通過以光闌元件的孔徑部分限制雷射束沿主掃描方向的寬度的方式，減少雷射束在有效掃描區域的外側在主掃描方向的寬度。因此，抑制閃爍光的產生，並且提高了光量的均勻度。即，採用飽和光學系統的光掃描裝置可以抑制由閃爍光而引起的圖像質量的降低。
文檔編號B41J2/44GK1484062SQ031215
公開日2004年3月24日 申請日期2003年3月31日 優先權日2002年9月19日
發明者樫村秀樹, 村秀樹 申請人:富士施樂株式會社