光束掃描裝置及圖像形成裝置的製作方法
2023-09-19 07:46:30 6
專利名稱：光束掃描裝置及圖像形成裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種圖像形成裝置，例如雷射印表機和數字複印機，以及一種用於該圖像形成裝置的光束掃描裝置，具體地，涉及一種頂照型(overillumination)掃描光學系統，其入射到多角鏡(polygon mirror)的光通量在主掃描方向上的寬度寬於多角鏡在主掃描方向上的平面寬度。
背景技術：
光束掃描裝置用在雷射列印裝置、數字複印機等靜電複印類圖像形成裝置中，其中，利用雷射束形成靜電潛像，並且通過顯影靜電潛像獲得可視(顯影)圖像。在光束掃描裝置中，將待輸出的圖像(原像)分解到第一方向和與第一方向垂直的第二方向上，然後基於在各自的第一或第二方向上的圖像數據，以基本線性形狀以預定的時間間隔重複輸出光強度變化的光束，即，進行光束掃描。在一線(one-line)光束掃描與下一線光束掃描之間的時間間隔期間或在一線掃描期間，通過在垂直於掃描光束的方向上以恆定速度移動記錄介質或潛像載體，以獲得對應於原像的圖像。
在光束掃描裝置中，通常稱光束掃描的第一方向為主掃描方向。通常稱垂直於第一方向的第二方向為副掃描方向。在圖像形成裝置中，副掃描方向對應於轉印材料(transfer material)的傳送方向，以及主掃描方向對應於轉印材料平面中垂直於傳送方向的方向。在圖像形成裝置中，圖像表面對應於轉印材料表面，以及成像表面對應於光束實際成像的表面。
在上述圖像形成裝置和光束掃描裝置中，通常在圖像處理速度(例如，諸如紙或潛像載體的記錄介質的傳送速度)、圖像解析度、電機轉速、以及多角鏡的平面數之間保持以下關係PR=25.4VrN60---(1)]]>其中P(mm/s)處理速度(薄片(sheet)傳送速度)，R(dpi)圖像解析度(點數每英寸)，Vr(rpm)多角電機(polygon motor)的轉數，以及N多角鏡的平面數。
從等式(1)可以看出，處理速度(即，列印速度)和圖像解析度與多角鏡面數和多角電機的轉數成正比。因此，為了實現圖像形成裝置的速度提高和高解析度，需要增加多角鏡面數以及增加多角電機的轉數。
在目前許多圖像形成裝置中使用的底照型(underillumination)(與頂照型相比較時的專業術語)光束掃描裝置中，限制入射到多角鏡的光束(光通量)的主掃描方向上的寬度(截面光束直徑，或當主掃描方向寬度不同於副掃描方向時的光束直徑)，使得小於在多角鏡的任意反射面的主掃描方向上的寬度。因此，使引導至多角鏡每個反射面的光束被反射面完全反射。
另一方面，引導至記錄介質或潛像載體(圖像表面)的光束的截面光束直徑(當主掃描方向和副掃描方向的直徑不同時在主掃描方向上的光束直徑)與成像光學系統的光圈數Fn成正比。這裡，光圈數Fn可表達為Fn＝f/D，其中，f是成像光學系統的焦距，D是在多角鏡的任一反射面中光束主掃描方向上的直徑。
因此，為了提高解析度，當光束在掃描對象(圖像表面)(即，記錄介質或潛像載體)上的截面光束直徑減小時，有必要增加在多角鏡的每個反射面中的主掃描方向上的截面光束直徑。因此，當多角鏡的每個反射面的面寬和反射面數目都增加時，多角鏡就變大。當該大多角鏡以高速旋轉時，就需要具有大扭矩的大電機，這就導致了電機成本的增加、噪聲和振動的增加、和熱量的產生。因此，需要能夠解決這些問題的對策。
相反地，在頂照型光束掃描裝置中，設置照射多角鏡的每個反射面的光束的主掃描方向上的寬度，使得大於在多角鏡的每個反射面的主掃描方向上的寬度，從而可以通過每個反射面的整個平面反射光束。因此，可以增加多角鏡反射面數、圖像形成速度、和圖像解析度，而不用增加多角鏡尺寸，尤其是不必增加直徑。進一步而言，在頂照型光束掃描裝置中，可以減小多角鏡本身的總直徑，以及可以增加反射面數。因此，在頂照型光束掃描裝置中，多角鏡的形狀接近於圓形，減小了空氣阻力，使得與底照型裝置相比時，減小了多角鏡負載、抑制了噪聲和振動、以及降低了熱量產生。此外，由於可以免除降低噪聲和振動所需的處理部件諸如玻璃，或者可以減少處理部件的數目，所以頂照型光束掃描裝置還有降低成本的效果。另外，可以實現高能率循環(high-duty cycle)。例如，在LaserScanning Notebook(Leo Beiser，SPIE OPTICAL ENGINEERINGPRESS)中描述了該頂照型掃描光學系統。
與頂照型裝置相同，在入射有光束的光束掃描裝置中存在掃描線彎曲的問題，即從多角鏡反射面所反射的掃描線是彎曲的，其中光束是從在副掃描方向與多角鏡反射面之間形成的角度的位置處入射的。
一般來說，光束掃描裝置中的成像光學系統使用多個透鏡、具有一定曲率的鏡等來校正該掃描線彎曲。
然而，當使用多個光學元件執行校正時，通過在主掃描方向上提供具有負放大倍數(negative power)的光學元件，可以擴大視角以及可以縮短光程長度。然而，在使用一個成像透鏡的結構中，或在主掃描方向僅具有正放大倍數(positive power)的成像光學系統中，光程長度變長。多角鏡每一平面的掃描角度隨著多角鏡面數的增加而減小，因此光程長度變長。具體來說，在頂照型光束掃描裝置中，光程長度由於多角鏡面數的增加而變長。
因而，掃描線彎曲隨著光程長度變長而增加。在這種情況下，很難僅使用成像透鏡來校正掃描線彎曲。
發明內容
本發明的一個目的在於校正光束掃描裝置所掃描的光通量的掃描線彎曲。
本發明的一種光束掃描裝置包括單個光偏轉裝置；偏轉前(pre-deflection)光學系統，其使從光源發射的光束入射到光偏轉裝置；以及偏轉後光學系統，其將從光偏轉裝置所反射的光束成像到掃描面上，其中，偏轉後(post-deflection)光學系統具有一個或多個設置為在副掃描橫截面中相對於來自光偏轉裝置的光束的中心光向下傾斜(declined)的掃描線彎曲校正件。從而，使入射到掃描線彎曲校正件的光通量偏移，並從不同於入射位置的位置輸出，使得能夠以高精度校正掃描線彎曲。
本發明的一種圖像形成裝置包括光束掃描裝置；感光體，其中通過光束掃描裝置所掃描的光束形成圖像；以及顯影裝置，其顯影感光體上形成的圖像，其中，光束掃描裝置包括單個光偏轉裝置；偏轉前光學系統，其使得從光源發射的光束入射到光偏轉裝置；以及偏轉後光學系統，其將從光偏轉裝置反射的光束成像到掃描表面上，並且，偏轉後光學系統具有一個或多個設置為在副掃描橫截面中相對於來自光偏轉裝置的光束的中心光向下傾斜的掃描線彎曲校正件。從而，可以校正掃描線彎曲，並可以改善圖像質量。
圖1是具有一個實施例的光束掃描裝置的圖像形成裝置的示意性剖視圖；圖2是示出該實施例的光束掃描裝置構造的示意圖；圖3是示出在該實施例圖像形成裝置中的驅動電路的構造實例的示意性框圖；圖4是示出當在光束掃描裝置中不存在偏轉後光學系統時掃描線彎曲量的曲線圖；圖5是通過該實施例的校正件來解釋掃描線彎曲校正原理的示意圖；圖6是示出當該實施例的校正件中的折射率是1.48時，構件傾角與掃描線彎曲量之間關係的曲線圖；
圖7是示出當該實施例的校正件中的折射率是1.51時，構件傾角與掃描線彎曲量之間關係的曲線圖；圖8是示出當該實施例的校正件中的折射率是1.9時，構件傾角與掃描線彎曲量之間關係的曲線圖；以及圖9是示出當設置了實施例的校正件時，校正的掃描線彎曲量的曲線圖。
具體實施例方式
以下將參考附圖描述本發明的實施例。
圖1示出了一個數字複印機，其是具有根據本發明一個實施例的光束掃描裝置的圖像形成裝置。
如圖1所示，例如，數字複印機1包括掃描單元10，其是圖像讀取設備；以及列印單元20，其是圖像形成設備。
掃描單元10包括第一臺架(carriage)11、第二臺架12、光學透鏡13、光電轉換元件14、原稿玻璃板15、和原稿固定蓋16。第一臺架11形成為可沿著箭頭方向移動。第二臺架12由第一臺架11驅動而移動。光學透鏡13使來自第二臺架12的光具有預定的成像特性。光電轉換元件14通過對由光學透鏡13賦予預定成像特性的光執行光電轉換來輸出一個電信號。原稿玻璃板15保持原稿D。原稿固定蓋16將原稿D壓在原稿玻璃板15上。
在第一臺架11中設置光源17和反射鏡18a。光源17照亮原稿D。反射鏡18a將被光源17發射的光所照亮的原稿D所反射的光反射向第二臺架12。
第二臺架12具有反射鏡18b和反射鏡18c。從第一臺架11的反射鏡18a發射的光被反射鏡18b折向(fold，摺疊、折向反射)90°。由反射鏡18b反射的光又被反射鏡18c折向90°。
置於原稿玻璃板15上的原稿D由光源17照亮，且光從原稿D反射。在被反射的光中，光和陰影的變化根據圖像的存在與否來分布。從原稿D反射的光(其為原稿D上的圖像信息)通過反射鏡18a、18b、和18c入射到光學透鏡13。
從原稿D反射並導向光學透鏡13的光通過光學透鏡13聚焦在光電轉換元件(CCD傳感器)14的光接收表面上。
當從操作面板或外部裝置(未示出)輸入啟動圖像形成時，第一臺架11和第二臺架12通過臺架驅動電機(未示出)驅動，並暫時移動到在原稿玻璃板15與第一臺架11和第二臺架12之間建立預定位置關係的原位置(home position)，然後，第一11和第二臺架12以恆定速度沿原稿玻璃板15移動。因此，原稿D上的圖像信息(即，從原稿D反射的圖像光)沿著反射鏡18a延伸方向(即，主掃描方向)切斷預定寬度，且原稿D上的圖像信息反射向反射鏡18b。同時，相對於與反射鏡18a延伸方向垂直的方向(即，副掃描方向)，以反射鏡18a所切斷的寬度為單位順序地提取原稿D上的圖像信息，使得原稿D上的所有段的圖像信息都導向CCD傳感器14。從CCD傳感器14輸出的電信號是模擬信號，通過A/D轉換器(未示出)將模擬信號轉換為數位訊號，並作為圖像信號暫時存儲在圖像存儲器(未示出)中。
因而，在置於原稿玻璃板15上的原稿D中的圖像通過CCD傳感器14轉換為例如8位數字圖像信號，該8位數字圖像信號通過圖像處理單元(未示出)顯示出了在沿著反射鏡18a所延伸的第一方向的每條線中的圖像密度。
列印單元20包括光束掃描裝置21和電子照相圖像形成單元22。光束掃描裝置21是曝光裝置，稍後參考圖2和圖3對其進行描述。圖像形成單元22能夠在是一種圖像形成介質的記錄薄片P上形成圖像。
圖像形成單元22包括鼓形感光體(下文中稱為感光鼓)23、充電裝置24、顯影裝置25、轉印裝置26、分離裝置27、以及清潔裝置28。感光鼓23通過稍後參考圖3描述的主電機而旋轉，使得感光鼓23的外表面以恆定速度運動，以及通過使用來自光束掃描裝置21的雷射束L照射感光鼓23，在感光鼓23上形成對應於圖像數據(即，原稿D的圖像)的靜電潛像。充電裝置24將具有預定極性的表面電勢施加至感光鼓23的表面。顯影裝置25通過選擇性地對通過光束掃描裝置在感光鼓23上形成的靜電潛像提供顯像材料色粉來執行顯影。轉印裝置26通過向色粉圖像施加預定電場，將在感光鼓23外表面上形成的色粉圖像轉印到記錄薄片P。分離裝置27將利用轉印裝置已經轉印色粉圖像的記錄薄片P與感光鼓23分離。清潔裝置28除去在感光鼓23的外表面上剩餘的轉印殘留色粉，以將感光鼓23的電位分布返回到在充電裝置24提供表面電勢之前的狀態。充電裝置24、顯影裝置25、轉印裝置26、分離裝置27、和清潔裝置28沿著感光鼓23旋轉的箭頭方向順序排列。使用來自光束掃描裝置21的雷射束L照射在感光鼓23上充電裝置24與顯影裝置25之間的預定位置X。
通過諸如用於圖像處理單元(未示出)中半色調顯示的輪廓校正處理和灰階處理的處理，將使用掃描單元10從原稿D讀取的圖像信號轉換為列印信號。另外，將圖像信號轉換為雷射調製信號。在雷射調製信號中，光束掃描裝置21的半導體雷射元件(稍後將描述)所發射雷射束的光強度改變為可將靜電潛像記錄在使用充電裝置24施加預定表面電勢的感光鼓23外表面上的強度，或者不記錄靜電潛像的強度。
根據在光束掃描裝置21的每個半導體雷射元件(稍後將描述)中的雷射調製信號執行強度調製，並且半導體雷射元件發射光，以將靜電潛像記錄在感光鼓23的對應於預定圖像數據的預定位置處。通過光束掃描裝置21中的偏轉裝置(稍後將描述)將來自半導體雷射元件的光束偏轉向類似於掃描單元10的讀取線的第一方向，然後使用該光束照射感光鼓23外表面上的預定位置X。
然後，與設置在掃描單元10上的第一臺架11和第二臺架12沿著原稿玻璃板15的運動相同，感光鼓23沿箭頭方向以恆定速度旋轉，其使用感光鼓23的外表面被來自半導體雷射元件的、由偏轉裝置依次偏轉的雷射束，在預定間隔的每條線中曝光。
因而，根據圖像信號在感光鼓23的外表面上形成靜電潛像。
通過顯影裝置25的色粉顯影感光鼓23外表面上形成的靜電潛像。通過感光鼓23的旋轉將顯影的圖像轉移到與轉印裝置26相對向的位置，以及通過來自轉印裝置26的電場將顯影的圖像轉印到記錄薄片P。通過進紙輥30和分離輥31(seperation roller)從薄片盒29中取出一張記錄薄片P，並在定位輥32(aligning roller)調節它的同時提供記錄薄片P。
轉印有色粉圖像的記錄薄片P通過分離裝置27與色粉一起分離，且記錄薄片P通過傳送裝置33導向定影裝置34。
在被引導至定影裝置34的記錄薄片P中，色粉(色粉圖像)通過來自定影裝置34的熱量和壓力來定影。隨後，記錄薄片P通過薄片排出輥35(sheet discharge roller)排放到託盤36。
另一方面，在色粉(色粉圖像)通過轉印裝置26轉印到記錄薄片P之後，感光鼓23由於連續旋轉而與清潔裝置28相對，去除外表面上的轉印殘留色粉(剩餘色粉)，然後感光鼓23返回到充電裝置24提供表面電勢之前的初始狀態，使得能夠實現下一圖像形成。
通過重複以上處理，可以執行連續的圖像形成操作。
因而，在原稿玻璃板15中設置的原稿D中，使用掃描單元10讀取圖像信息，以及使用列印單元20將讀取的圖像信息轉換為色粉圖像並輸出到記錄薄片P，使得能夠進行複印。
在上述圖像形成裝置中，通過實例方式描述了數字印表機。例如，本發明可應用於沒有圖像讀取單元的印表機設備。
接下來，參考圖2描述圖1中所示的光束掃描裝置21的詳細構造。
圖2是解釋圖1中所示的光束掃描裝置21的構造的示意圖。圖2A是當將反射鏡的折向展開時的示意平面圖，其中，從與主掃描方向(第一方向)垂直的方向觀察設置於光束掃描設備21中所包括的光源(半導體雷射元件)與感光鼓(掃描對象)之間的光學元件，主掃描方向平行於光束從光偏轉裝置(多角鏡)朝向通過該光偏轉裝置掃描的感光鼓的方向。圖2B是與圖2A中所示方向(即，主掃描方向)垂直的副掃描方向(第二方向)為水平時的示意性剖視圖。
如圖2A和圖2B中所示，光束掃描裝置21具有偏轉前光學系統40。偏轉前光學系統40包括半導體雷射元件(光源)41、透鏡42、光圈(aperture)43、柱面透鏡44、以及反射鏡45。半導體雷射元件41發射具有例如780nm波長的雷射束(光束)L。透鏡42將從半導體雷射元件41發射的一定光束截面形狀(cross-sectionalbeam shape)的雷射束L轉換為聚焦光束、平行光束、或發散光束。光圈43將通過透鏡42傳輸的雷射束L的光通量(光通量寬度)限制為預定大小。僅在副掃描方向將正放大倍數施加給柱面透鏡44，以便將雷射束L的光束截面形狀設置為預定光束截面形狀，其中，通過光圈43限制光通量。反射鏡45將來自半導體雷射元件41雷射束L折向預定方向，其中，截面形狀通過有限焦距透鏡(finite focalpoint lens)或準直透鏡42、光圈43、和柱面透鏡44設置成預定光束截面形狀。
多角鏡(光偏轉裝置)50設置在在雷射束L的前進方向，其中，通過偏轉前光學系統40使得雷射術具有預定光束截面形狀。多角鏡50與以恆定速度旋轉的多角鏡電機50A結合。多角鏡50掃描雷射束L，其中，光束截面形狀通過柱面透鏡44設置成預定形狀，朝向在後面步驟中定位的感光鼓(掃描表面)23。
成像光學系統60設置在多角鏡50與感光鼓23之間。成像光學系統60使得連續從多角鏡50的反射面反射的雷射束L沿著感光鼓23的軸線方向基本成像為線性形狀。
成像光學系統60包括成像透鏡(通常稱為fθ透鏡)61和掃描線彎曲校正件(scanning line bending correction member)62。在圖1中所示的曝光位置X處，成像透鏡61使用從多角鏡50反射面連續反射的雷射束L沿感光鼓23的縱向(軸線)從一端照射到另一端，同時在照射感光鼓23過程中，在感光鼓23上的位置與多角鏡50的每個反射面的旋轉角度成正比。成像透鏡61可以提供一定的會聚性，其中，基於多角鏡50的旋轉角度而給定預定相關性，使得在感光鼓23縱向的任何位置處都可獲得預定光束截面直徑。掃描線彎曲校正件62校正從多角鏡50反射面所連續反射的光束的掃描線彎曲。
這裡，示出了使用防塵玻璃作為圖2中所示實施例的光束掃描裝置21中的校正件62的情況。防塵玻璃防止在圖像形成單元22中懸浮的色粉、灰塵、紙屑等鑽進圖像形成單元22的外殼(未示出)。在以下描述中，使用一塊防塵玻璃板作為校正件62。然而，只要玻璃板能夠有效地校正掃描線彎曲，校正件62就並不受限於防塵玻璃板的數目，就可以使用多塊防塵玻璃板。平行玻璃板可以應用於掃描線彎曲校正件62，掃描線彎曲校正件62可由塑料製成。
雷射束L從光束掃描裝置21中的雷射元件41到感光鼓23的的光程被光束掃描裝置21的外殼(未示出)中的多個反射鏡(未示出)等折向。成像透鏡61和至少一個反射鏡(未示出)可整體形成為最優化在成像透鏡61的主掃描方向和副掃描方向的曲率，以及多角鏡50和感光鼓23之間的光程。
在圖2A中所示的光束掃描裝置21中，當軸OI和光軸OR投影到主掃描平面上時，由軸OI和成像光學系統60的光軸OR形成的角α為5°，其中，軸OI定位為沿著朝向多角鏡50每個反射面的入射雷射束的主光線。掃描角β為26.426°。參考圖2B，當從軸OI和光軸OR的副掃描橫截面觀察時，由入射雷射束的主光線的軸OI和成像光學系統60的光軸OR形成的角度為2°。
圖2中所示的光束掃描裝置21通過圖3中所示的數字複印機1的驅動電路驅動。圖3是示出包括圖2中所示光束掃描裝置的數字複印機的驅動電路的一個實例的示意性框圖。
ROM(只讀存儲器)102、RAM 103、共享(圖像)RAM 104、NVM(非易失性存儲器)105、以及圖像處理裝置106等連接到為主控裝置的CPU 110。預定操作規則和初始化數據存儲在ROM 102中。輸入的控制數據暫時存儲在RAM 103中。共享RAM 104保存來自CCD傳感器14的圖像數據或由外部設備提供的圖像數據的同時，共享RAM 104也將圖像數據輸出到以下示出的圖像處理電路。即使通過數字複印機1的電流通路中斷，NVM 105也可以保持直至電池備份時所存儲的數據。圖像處理裝置106對存儲在圖像RAM104中的圖像數據執行預定的圖像處理，然後圖像處理裝置106將圖像數據輸出給下面將要描述的雷射驅動器。
雷射驅動器121、多角電機驅動器122、主電機驅動器123等也都連接到CPU 110。雷射驅動器121驅動光束掃描裝置21中的半導體雷射元件41。多角電機驅動器122驅動旋轉多角鏡50的多角電機50A。主電機驅動器123驅動用於驅動感光鼓23、附帶記錄薄片(轉印材料)的傳送機構等的主電機23A。
在圖2中所示的光束掃描裝置21中，從雷射元件41發射的發散雷射束L的光束截面形狀在圖3中所示驅動電路的驅動控制下通過透鏡42轉換為聚焦光、平行光、或發散光。
使光束截面形狀轉換為預定形狀的雷射束L穿過光圈43，以最優地設置光通量寬度和光通量，並在副掃描方向上被柱面透鏡44給予預定的會聚特性。因此，雷射束L變為在多角鏡50的每個反射面上沿主掃描方向延伸的線性形狀。
例如，多角鏡50是正十二面體，且多角鏡50形成為使得正十二面體的內切圓直徑Dp設置為29mm。假定多角鏡50的反射面數目為N，多角鏡50的每個反射面(十二個平面)在主掃描方向上的寬度Wp可由以下等式來確定Wp＝tan(π/N)×Dp(2)在這種情況下，Wp＝tan(π/12)×29＝7.77mm (3)
另一方面，在雷射束L主掃描方向上的光束寬度DL基本為32mm，多角鏡50的每個平面被該雷射束照射，當與多角鏡50的每個反射面在主掃描方向上的寬度Wp＝7.77mm進行比較時，光束寬度DL設得更寬。隨著光束寬度在主掃描方向上變得更寬，在圖像表面的掃描端部和掃描中心處光通量變化減小。
在引導向多角鏡50的每個反射面並通過多角鏡50的旋轉而連續反射以線性掃描(偏轉)的雷射束L中，由成像光學系統60的成像透鏡61賦予預定成像特性，使得光束截面直徑相對於感光鼓23(圖像表面)上的主掃描方向變得基本平均。隨後，雷射束L以基本線性形狀成像在感光鼓23的表面上。
成像透鏡61執行校正，使得在多角鏡50每個反射面的旋轉角度與成像位置(即，光束成像在感光鼓23上的掃描位置)之間保持比例關係。因此，雷射束通過成像透鏡61在感光鼓23上線性掃描的速度在所有的掃描區域中都變得恆定。將可以校正在副掃描方向上的掃描位置偏移的曲率(副掃描方向曲率)賦予成像透鏡61。掃描位置偏移是由多角鏡50反射面在副掃描方向上的不平行(即，反射面傾斜的產生)引起的。
成像透鏡61還校正副掃描方向上的場(field)曲率。為了校正這些光學特性，根據掃描位置改變副掃描方向上的曲率。
這裡，成像透鏡61的透鏡表面形狀通過例如表1和等式(4)來限定。
x=CUY*y2+CUZ*z21+1-AY*CUY2*-y2-AZ*-CUZ2*z2+n-0m-01Amnymz2n---(4)]]>其中，y表示主掃描方向，z表示副掃描方向，以及x表示光軸方向。
表1入射面
出射面
多角鏡50的每個反射面的旋轉角度θ基本與雷射束L使用成像透鏡61在感光鼓23上成像的位置成正比，所以在將雷射束L成像在感光鼓23上的過程中可校正雷射束L的位置。
此外，成像透鏡61可以校正由副掃描方向上的傾斜偏差(即，多角鏡50反射面的傾斜量的變化)引起的在副掃描方向上的位置偏移。具體地，在成像透鏡61的雷射束入射面(多角鏡50側)和成像透鏡61的出射面(感光鼓23側)中，即使多角鏡50任意反射面與多角鏡50的旋轉軸之間限定的傾斜度彼此不同(每個反射面中的傾斜度不同)，仍可通過基本形成光學共軛關係來校正引導至感光鼓23上的雷射束L在副掃描方向上的掃描位置偏移。
雷射束L的光束截面直逕取決於從半導體雷射元件41發出的雷射束L的波長。因此，雷射束L的波長設定為650nm或630nm或更短波長，使得雷射束L的光束截面直徑進一步減小。
偏轉後反射鏡形成為平面。就是說，平面傾斜校正僅由成像透鏡61執行。
具有相對於主掃描軸線的旋轉對稱軸，且其中通過掃描位置來改變副掃描方向上的曲率的透鏡可用於成像透鏡的表面形狀，例如可採用復曲面透鏡。因此，通過副掃描方向上的折射率改變掃描位置，其允許對掃描線彎曲進行校正。採用環烯烴樹脂作為成像透鏡61的材料。
在從成像透鏡61中出射的雷射束中，通過掃描線彎曲校正件62校正掃描線彎曲。掃描線彎曲校正件62傾斜排列，以便增加從多角鏡50的每個反射面反射的副掃描方向光束與校正件62的法線之間形成的角度，。從而，可以減小掃描線彎曲。
將在下面描述像該實施例那樣將掃描線彎曲校正件62設置在成像透鏡61後的原因。
通常，成像光學系統60是諸如具有曲率的多個透鏡和反射鏡的光學元件，並且成像光學系統60具有以下作用，諸如光束直徑均勻化、圖像表面曲率校正、fθ特性的穩定化(securement)、掃描線彎曲校正、以及在所有掃描區域中的平面傾斜校正。當使用多個光學元件執行校正時，通過在主掃描方向設置具有負放大倍數的光學元件來加寬視角和縮短光程長度。另一方面，在使用一個成像透鏡61的構造中或在僅在主掃描方向具有正放大倍數的成像光學系統中，光程長度變得較長。多角鏡每一平面的掃描角度隨著多角鏡面數的增加而減小，因此光程長度變得更長。具體來說，在頂照型光學系統中，光程長度由於多角鏡面數增加而變得更長。
例如，如圖2B所示，使得入射到多角鏡50的光束從相對於反射表面具有傾斜度的位置入射。因此，掃描線被從多角鏡50反射的光束彎曲，且當光程長度加長時，掃描線彎曲進一步增加。
圖4是示出當在圖2所示的光束掃描裝置21的成像光學系統60中沒有設置光學元件時，在所有掃描位置的掃描線彎曲的視圖。如圖4所示，當在成像光學系統60中沒有設置光學元件時，會發現在來自多角鏡50的光束中，彎曲量(峰間值)不低於1.6mm。僅使用成像透鏡難以校正這麼大的彎曲量。
因此，在成像透鏡61的後面設置校正件62，並且傾斜以增大從多角鏡50反射的副掃描方向光束與校正件62的法線方向之間所形成的角度，使得掃描線彎曲量減小。
即，如圖5所示，可以通過傾斜地設置掃描線彎曲校正件62來偏移入射面和出射面在該校正件中的光束位置，使得可以減小掃描線彎曲。
圖6到圖8示出當改變掃描線彎曲校正件62的傾角θg和校正件62的厚度t時掃描線彎曲量的仿真結果。
使用具有圖2中所示構造的光束掃描裝置21來執行以下仿真。如表3所示，條件設置如下。多角鏡反射面與圖像表面之間的距離設為428.8374mm，多角鏡反射面與fθ透鏡(成像透鏡)入射面之間的距離設為133.3742mm，多角鏡反射面與校正件入射面之間的距離設為255.9364mm，將光束從多角鏡反射之後的光束角度(副掃描橫截面)設為2°，以及將光束從fθ透鏡輸出之後的光束角度(副掃描橫截面)設為0.7840°。
表3
考慮到成本和形狀精度，校正件62的折射率n的範圍實際上是1.48(PMMA)到1.9(PBH71OHARA公司的產品)，且應在以上範圍內執行仿真。
參考圖6，通過折射率n為1.48的平行板玻璃形成掃描線彎曲校正件62，當改變校正件62的傾角θg時，通過對1.5mm、2mm、4mm、和5mm的每個厚度t的仿真來確定掃描線彎曲量的結果。在這種情況下，考慮到成本和形狀精度，校正件62的範圍實際上是從1.5mm到5mm，所以在此範圍內執行仿真。
從圖6可以看出，當θg變為正數時，掃描線彎曲量減少。這裡，在掃描線彎曲的允許範圍內，當掃描線彎曲不超過一個(1)點(42.3μm)間隔(即600dpi)時，該圖像惡化就不能夠分辨出了。在圖6中，發現當校正件的厚度範圍是從1.5mm到5mm時，校正件在掃描線彎曲為42.3μm時的傾角θg可處於4.5846＜θg＜86.2755的範圍內。
參考圖7，通過折射率n為1.51的平行板玻璃形成掃描線彎曲校正件62，當改變校正件62的傾角θg時，通過對1.5mm、2mm、4mm、和5mm的每個厚度t的仿真來確定掃描線彎曲量的結果。
參考圖8，通過折射率為1.9的平行板玻璃形成掃描線彎曲校正件62，當改變校正件62的傾角θg時，通過對1.5mm、2mm、4mm、和5mm的每個厚度t的仿真來確定掃描線彎曲量的結果。
表2是對圖6到圖8的仿真結果的匯總表，且表2是對掃描線彎曲量不超過42.3μm範圍的每個厚度的匯總表。滿足表2所有條件的θg處於5.549°＜θg＜85.668°的範圍。當θg滿足這些條件時，掃描線彎曲量減少，能夠改善圖像質量。
表2A
表2B
表2C
圖9示出在校正件62的厚度設為2mm以及折射率設為1.51的條件下，θg傾斜12.96°的掃描線彎曲量。
掃描線彎曲量小到約31μm，獲得了良好的圖像質量。在該實施例中，使用平行的平板作為掃描線彎曲校正件的實例。然而，即使掃描線彎曲校正件不平行，也能夠發揮校正作用。例如，在稜鏡中，使該校正件的入射位置和出射位置偏移以改變角度，從而可以校正掃描線彎曲。
當與單個掃描線彎曲校正件相比時，多個掃描線彎曲件表現出更顯著的效果。
權利要求
1.一種光束掃描裝置，包括光偏轉裝置；偏轉前光學系統，其使得從光源發射的光束入射到所述光偏轉裝置；以及偏轉後光學系統，其將從所述光偏轉裝置反射的光束成像到掃描面上，其中，所述偏轉後光學系統包括一個或多個掃描線彎曲校正件，所述掃描線彎曲校正件設置為在副掃描橫截面中相對於來自所述光偏轉裝置的光束的中心光向下傾斜。
2.根據權利要求1所述的光束掃描裝置，其中，所述偏轉後光學系統包括一個或多個在主掃描方向上起正放大倍數作用的光學元件，且所述每個掃描線彎曲校正件設置在所述光學元件的後面。
3.根據權利要求2所述的光束掃描裝置，其中，所述每個掃描線彎曲校正件是平行的平板。
4.根據權利要求3所述的光束掃描裝置，其中，所述掃描線彎曲校正件的折射率n的範圍為1.48≤n≤1.9。
5.根據權利要求4所述的光束掃描裝置，其中，所述掃描線彎曲校正件的傾角θg滿足以下表達式5.549°＜θg＜85.668°，其中，所述傾角θg在副掃描橫截面中由垂直於所述掃描線彎曲校正件的平板表面的法線與來自所述光偏轉裝置的光束的中心光形成。
6.根據權利要求5所述的光束掃描裝置，其中，在所述主掃描方向上起所述正放大倍數作用的所述光學元件是單個透鏡。
7.根據權利要求6所述的光束掃描裝置，其中，入射到所述光偏轉裝置的光束的光通量在主掃描方向上的寬度寬於所述光偏轉裝置的單個反射面在主掃描方向上的寬度。
8.根據權利要求7所述的光束掃描裝置，其中，在所述光學元件的光束穿過的位置處，副掃描方向上的曲率因掃描位置而不同。
9.一種圖像形成裝置，包括光束掃描裝置；感光體，其中通過所述光束掃描裝置所掃描的光束形成圖像；以及顯影裝置，其顯影所述感光體上形成的所述圖像，其中，所述光束掃描裝置包括光偏轉裝置；偏轉前光學系統，其使得從光源發射的光束入射到所述光偏轉裝置；以及偏轉後光學系統，其將從所述光偏轉裝置反射的光束成像到掃描面上，並且，所述偏轉後光學系統包括一個或多個掃描線彎曲校正件，所述掃描線彎曲校正件設置為在副掃描橫截面中相對於來自所述光偏轉裝置的光束的中心光向下傾斜。
10.根據權利要求9所述的圖像形成裝置，其中，所述每個掃描線彎曲校正件是平行的平板。
全文摘要
一種光束掃描裝置，包括單個光偏轉裝置；偏轉前光學系統，其使得從光源發出的光束入射到光偏轉裝置；以及偏轉後光學系統，其使得從光偏轉裝置反射的光束成像在掃描面上，其中，偏轉後光學系統包括一個或多個設置為在副掃描橫截面中相對於來自光偏轉裝置的光束的中心光向下傾斜的掃描線彎曲校正件。
文檔編號G03G15/00GK1908727SQ20061010424
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月7日 優先權日2005年8月5日
發明者山口雅夫 申請人:株式會社東芝, 東芝泰格有限公司