本發(fā)明涉及光學(xué)掃描設(shè)備，并且涉及可有效地與圖像形成設(shè)備(諸如激光束打印機(jī)(LBP)、數(shù)字復(fù)印機(jī)以及多功能打印機(jī)(具有多個(gè)功能的打印機(jī)))一起使用的光學(xué)掃描設(shè)備。

背景技術(shù)：

作為在圖像形成設(shè)備中使用的光學(xué)掃描設(shè)備，已知存在一種光學(xué)掃描設(shè)備，其包括將從光源發(fā)射的光束引導(dǎo)到偏轉(zhuǎn)器的入射光學(xué)系統(tǒng)以及將由偏轉(zhuǎn)器偏轉(zhuǎn)的光束引導(dǎo)到待掃描表面的成像光學(xué)系統(tǒng)。日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No.2015-31824討論了一種光學(xué)掃描設(shè)備，其被配置為使得成像光學(xué)系統(tǒng)被布置得更接近偏轉(zhuǎn)器，這有助于減少成像光學(xué)系統(tǒng)在主掃描方向上的長(zhǎng)度和整個(gè)設(shè)備在光軸方向上的長(zhǎng)度，因此實(shí)現(xiàn)尺寸和成本的減少。

現(xiàn)在，圖像形成設(shè)備要求用于放置其它部件(諸如調(diào)色劑容器)的區(qū)域，由此難以減少成像光學(xué)系統(tǒng)和待掃描表面之間的距離。因此，像日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No.2015-31824中討論的配置那樣減少偏轉(zhuǎn)器和成像光學(xué)系統(tǒng)之間的距離導(dǎo)致必然增大成像光學(xué)系統(tǒng)在副掃描截面中的橫向倍率(副掃描倍率)。因此，這個(gè)配置最終增大了光學(xué)性能的敏感度和在其形成時(shí)成像光學(xué)系統(tǒng)中的變化。即，該配置增大了根據(jù)在制造時(shí)成像光學(xué)系統(tǒng)中的變化而在光學(xué)性能中的改變量以及在諸如光源之類(lèi)的每個(gè)部件的組裝誤差。

在該情況下，解決這個(gè)問(wèn)題的一種可能方法是減少入射光學(xué)系統(tǒng)的副掃描倍率，由此減少整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的副掃描倍率，因此防止或減少光學(xué)性能的敏感度的增大。然而，簡(jiǎn)單地增大光源和入射光學(xué)系統(tǒng)之間的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)此導(dǎo)致必然在副掃描方向上增大入射光學(xué)系統(tǒng)，使得難以減少入射光學(xué)系統(tǒng)的尺寸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及在減少光學(xué)掃描設(shè)備中的光學(xué)性能的敏感度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)尺寸的減少。

根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面，一種光學(xué)掃描設(shè)備包括：光源；偏轉(zhuǎn)器，配置為偏轉(zhuǎn)來(lái)自該光源的光束以便在主掃描方向上光學(xué)地掃描待掃描表面；入射光學(xué)系統(tǒng)，配置為將來(lái)自該光源的光束引導(dǎo)到偏轉(zhuǎn)器的偏轉(zhuǎn)表面；以及成像光學(xué)系統(tǒng)，配置為將由偏轉(zhuǎn)器偏轉(zhuǎn)的光束引導(dǎo)到待掃描表面。所述光學(xué)掃描設(shè)備滿足下面的條件式：0.5＜|βsi|＜2.2，3.0＜|βso|＜10.0，以及0.2＜Li/Lo＜0.4，其中βsi表示入射光學(xué)系統(tǒng)在副掃描截面中的倍率，βso表示成像光學(xué)系統(tǒng)在副掃描截面中的倍率，Li表示光源與偏轉(zhuǎn)表面之間的在光軸上的距離，并且Lo表示偏轉(zhuǎn)表面與待掃描表面之間的在光軸上的距離。

從以下參考附圖的示例性實(shí)施例的描述中本發(fā)明更多的特征將變得清晰。

附圖說(shuō)明

圖1A和圖1B是示出根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的光學(xué)掃描設(shè)備的主要部分的截面圖。

圖2A和圖2B是示出根據(jù)比較示例的光學(xué)掃描設(shè)備的主要部分的截面圖。

圖3A-3D示出本發(fā)明的示例性實(shí)施例的效果。

圖4A和圖4B是示出根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例的光學(xué)掃描設(shè)備的主要部分的截面圖。

圖5是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的圖像形成設(shè)備的主要部分的截面圖。

具體實(shí)施方式

在下面的描述中，將參考附圖描述本發(fā)明的典型的示例性實(shí)施例。為了方便起見(jiàn)可以以與實(shí)際尺寸不同的尺度來(lái)描繪每個(gè)附圖。此外，相同的部件在每個(gè)附圖中將由相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)，并且將省略重復(fù)的描述。

在下面的描述中，主掃描方向指的是與偏轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)軸(或搖動(dòng)軸)垂直的方向以及與成像光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向垂直的方向。主掃描方向是由偏轉(zhuǎn)器光學(xué)地掃描待掃描表面的方向。副掃描方向指的是與偏轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)軸或搖動(dòng)軸平行的方向。此外，主掃描截面指的是包括光軸并且與主掃描方向平行的截面，即，與副掃描方向垂直的截面。副掃描截面指的是與副掃描方向以及成像光學(xué)系統(tǒng)的光軸平行的截面，即，與主掃描方向垂直的截面。

圖1A和圖1B是示出根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的光學(xué)掃描設(shè)備10的主要部分的截面圖。圖1A和圖1B分別示出主掃描截面的視圖(XY截面圖)以及包括成像光學(xué)系統(tǒng)的光軸的副掃描截面的視圖(ZX截面圖)。根據(jù)本示例性實(shí)施例的光學(xué)掃描設(shè)備10包括光源1、入射光學(xué)系統(tǒng)2、孔徑光闌3、偏轉(zhuǎn)器4、以及成像光學(xué)系統(tǒng)5，并且是通過(guò)使用偏轉(zhuǎn)器4偏轉(zhuǎn)光束來(lái)光學(xué)地掃描待掃描表面6的設(shè)備。圖1B部分地示出從偏轉(zhuǎn)器4的偏轉(zhuǎn)表面4a到待掃描表面6的部分。光學(xué)掃描設(shè)備10可以采用如下的配置，即該配置使得偏轉(zhuǎn)反射鏡(反射部件)布置在從偏轉(zhuǎn)表面4a到待掃描表面6的光路中，由此在副掃描截面中偏轉(zhuǎn)光路。

在光學(xué)掃描設(shè)備10中，從光源1發(fā)射的光束在經(jīng)過(guò)入射光學(xué)系統(tǒng)2之后通過(guò)包括橢圓孔的孔徑光闌3形成為橢圓形，并且入射在偏轉(zhuǎn)器4的偏轉(zhuǎn)表面4a上。例如，半導(dǎo)體激光器可以被用作光源1，并且其發(fā)光點(diǎn)的數(shù)量可以是一個(gè)或多個(gè)。在本示例性實(shí)施例中，采用包括橢圓孔的橢圓孔徑光闌作為孔徑光闌3，但是孔的形狀不限于此。例如，可以采用包括矩形孔的矩形孔徑光闌作為孔徑光闌3。

入射光學(xué)系統(tǒng)2是在主掃描截面中具有正折光力的變形(anamorphic)準(zhǔn)直器透鏡，并且將光束轉(zhuǎn)換為在主掃描截面中基本上平行的光。基本上平行的光這里不僅包括精確平行的光而且包括微弱地會(huì)聚的光和微弱地發(fā)散的光。然后，入射光學(xué)系統(tǒng)2在副掃描截面中將光束會(huì)聚在偏轉(zhuǎn)表面4a上或偏轉(zhuǎn)表面4a附近以便在偏轉(zhuǎn)表面4a上形成在主掃描方向上拉長(zhǎng)的線形圖像。

偏轉(zhuǎn)器4由驅(qū)動(dòng)單元(未示出)以恒定速度在主掃描截面中從入射光學(xué)系統(tǒng)2到成像光學(xué)系統(tǒng)5的方向上旋轉(zhuǎn)(如附圖中示出的箭頭所示)。偏轉(zhuǎn)器4通過(guò)偏轉(zhuǎn)表面4a將來(lái)自孔徑光闌3的光束偏轉(zhuǎn)以便經(jīng)由成像光學(xué)系統(tǒng)5在主掃描方向上光學(xué)地掃描待掃描表面6上的有效掃描區(qū)域(打印區(qū)域)。在本示例性實(shí)施例中，采用具有四個(gè)偏轉(zhuǎn)表面的旋轉(zhuǎn)多面鏡(多面體鏡)作為偏轉(zhuǎn)器4，但是偏轉(zhuǎn)表面的數(shù)量不限于此。此外，可以采用能?chē)@搖動(dòng)軸搖動(dòng)的具有一個(gè)或兩個(gè)偏轉(zhuǎn)表面的能搖動(dòng)的反射鏡代替旋轉(zhuǎn)多面鏡。

成像光學(xué)系統(tǒng)5包括單個(gè)成像光學(xué)元件(成像透鏡)，并且引導(dǎo)和會(huì)聚由偏轉(zhuǎn)表面4a偏轉(zhuǎn)的光束到待掃描表面6上，以便在主掃描截面和副掃描截面兩者中在待掃描表面6上或附近形成光源1的圖像。成像光學(xué)系統(tǒng)5具有兩個(gè)光學(xué)表面(透鏡表面)，即入射表面(第一表面)5a和出射表面(第二表面)5b。成像光學(xué)系統(tǒng)5配置為允許利用偏轉(zhuǎn)表面4a偏轉(zhuǎn)的光束以均勻的速度掃描待掃描表面6，即，滿足主掃描截面中的fθ特性。此外，成像光學(xué)系統(tǒng)5在副掃描截面中在偏轉(zhuǎn)表面4a或其附近與待掃描表面6或其附近之間建立共軛關(guān)系，由此減少在偏轉(zhuǎn)表面4a傾斜時(shí)待掃描表面6上的在副掃描方向上的掃描位置的偏移(光學(xué)面歪斜誤差(tangle error)補(bǔ)償)。

在本示例性實(shí)施例中，入射光學(xué)系統(tǒng)2和成像光學(xué)系統(tǒng)5中的每一個(gè)包括單個(gè)光學(xué)元件，但是它們中的每一個(gè)在必要時(shí)可以包括多個(gè)光學(xué)元件。例如，入射光學(xué)系統(tǒng)2可以包括兩個(gè)光學(xué)元件，準(zhǔn)直器透鏡和變形透鏡。然而，期望的是入射光學(xué)系統(tǒng)2和成像光學(xué)系統(tǒng)5中的每一個(gè)包括單個(gè)光學(xué)元件以便實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)備的尺寸和成本的減少。

此外，根據(jù)本示例性實(shí)施例的入射光學(xué)系統(tǒng)2和成像光學(xué)系統(tǒng)5中的每一個(gè)是通過(guò)注射成型來(lái)形成的塑料成型的透鏡，但是不限于此，而可以是玻璃透鏡。此外，在入射光學(xué)系統(tǒng)2和成像光學(xué)系統(tǒng)5中的每一個(gè)包括多個(gè)光學(xué)元件的情況下，它們可以通過(guò)結(jié)合玻璃透鏡和塑料成型的透鏡來(lái)構(gòu)造。然而，期望的是采用塑料成型的透鏡，這使得易于形成衍射表面和非球面形狀并且適合于大量生產(chǎn)，以便改善生產(chǎn)力和光學(xué)性能。

在表1中指出根據(jù)本示例性實(shí)施例的光學(xué)掃描設(shè)備10的配置。表1中的軸上偏轉(zhuǎn)點(diǎn)指的是在來(lái)自光源1的光束入射在待掃描表面6的軸上像高的位置上時(shí)該光束的主光線和偏轉(zhuǎn)表面4a彼此相交的點(diǎn)。

[表1]

在原點(diǎn)、X軸、Y軸和Z軸被分別設(shè)定為光學(xué)表面和光軸之間的交點(diǎn)、在光軸方向上延伸的X軸、在主掃描截面中與光軸正交的Y軸以及在副掃描截面中與光軸正交的Z軸時(shí)，根據(jù)本示例性實(shí)施例的成像光學(xué)系統(tǒng)5的每個(gè)光學(xué)表面的形狀x由以下表達(dá)式(1)到(4)限定。

x＝X+S...(1)

表達(dá)式(2)表示在主掃描截面中的光學(xué)表面的形狀(母線形狀)，并且表達(dá)式(3)表示在像高Y的位置處的副掃描截面中的光學(xué)表面的形狀(子線(sagittal)形狀)。在該情況下，如表達(dá)式(4)中表示的，在副掃描截面中的光學(xué)表面的曲率半徑r′根據(jù)Y的值而改變。在表達(dá)式(2)和(4)中，假設(shè)在Y＞0的情況下Y對(duì)應(yīng)于“上部”并且在Y＜0的情況下Y對(duì)應(yīng)于“下部”，設(shè)定每個(gè)非球面系數(shù)。然后，在表1中指出每個(gè)非球面系數(shù)，其中在“上部”的情況下i設(shè)定為i＝u并且在“下部”的情況下i＝1。

根據(jù)本示例性實(shí)施例的入射光學(xué)系統(tǒng)2的入射表面是其中形成有衍射光柵的衍射表面，并且，在k表示衍射級(jí)(在本示例性實(shí)施例中k＝1)并且λ表示設(shè)計(jì)波長(zhǎng)時(shí)，衍射光柵的相位函數(shù)Φ由以下表達(dá)式(5)表示。

在光學(xué)掃描設(shè)備10周?chē)沫h(huán)境溫度改變時(shí)，這個(gè)改變引起從光源1發(fā)射的光束的波長(zhǎng)以及每個(gè)光學(xué)表面的形狀、折射率等等的改變，因此引起每個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)的改變。因此，在本示例性實(shí)施例中，采用塑料成型的透鏡作為入射光學(xué)系統(tǒng)2并且其光學(xué)表面被形成為衍射表面，這允許入射光學(xué)系統(tǒng)2補(bǔ)償由環(huán)境溫度的改變引起的焦點(diǎn)改變。例如，如果環(huán)境溫度相對(duì)于正常溫度增大，則入射光學(xué)系統(tǒng)2的光學(xué)表面的焦度(折光力)由于光束波長(zhǎng)拉長(zhǎng)并且塑料材料伸長(zhǎng)而表減。另一方面，衍射表面的焦度由于光束的波長(zhǎng)拉長(zhǎng)而增強(qiáng)，這允許由折射表面和衍射表面引起的焦點(diǎn)改變相互抵消。

接下來(lái)，將利用比較示例描述本示例性實(shí)施例的效果。圖2A和圖2B是示出根據(jù)比較示例的光學(xué)掃描設(shè)備20的主要部分的截面圖，并且圖2A和圖2B分別示出主掃描截面的視圖和包括成像光學(xué)系統(tǒng)5的光軸的副掃描截面的視圖。表2中示出根據(jù)比較示例的光學(xué)掃描設(shè)備20的配置。

[表2]

根據(jù)比較示例的成像光學(xué)系統(tǒng)5的每個(gè)光學(xué)表面的形狀x由上述的表達(dá)式(1)到(3)以及下面的表達(dá)式(6)表示。

如根據(jù)圖1A和表1與圖2A和表2之間的比較所理解的，與比較示例相比，在本示例性實(shí)施例中偏轉(zhuǎn)器4和成像光學(xué)系統(tǒng)5之間的距離可以更短，并且成像光學(xué)系統(tǒng)5在主掃描方向上的寬度可以更窄。另一方面，由于必需保證用于放置調(diào)色劑容器等的區(qū)域，難以減少在偏轉(zhuǎn)表面4a和待掃描表面6之間的在光軸上的距離Lo(軸上偏轉(zhuǎn)點(diǎn)與待掃描表面6之間的距離)，由此這個(gè)距離在本示例性實(shí)施例和比較示例之間幾乎相等。因此，與比較示例相比，在本示例性實(shí)施例中成像光學(xué)系統(tǒng)5的副掃描倍率的絕對(duì)值|βso|更大，因?yàn)檫@個(gè)值在本示例性實(shí)施例中為3.42倍而在比較示例中為2.40倍。

減少入射光學(xué)系統(tǒng)2的副掃描倍率的絕對(duì)值|βsi|能夠減少?gòu)墓庠?到待掃描表面6的整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的副掃描倍率的絕對(duì)值|βs|，因此減少光學(xué)性能的敏感度。然而，出于減少入射光學(xué)系統(tǒng)2的副掃描倍率的絕對(duì)值|βsi|的目的簡(jiǎn)單地增大光源1和入射光學(xué)系統(tǒng)2之間的距離導(dǎo)致必然在副掃描方向上增大入射光學(xué)系統(tǒng)2。

將參考圖3A-3D描述這個(gè)問(wèn)題。圖3A中的配置是示出在根據(jù)比較示例的整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)被展開(kāi)為在同一軸上排成一行時(shí)的副掃描截面的示意圖，并且圖3B和圖3C中的配置分別是其中從第一行中的配置中減少偏轉(zhuǎn)表面4a和成像光學(xué)系統(tǒng)5之間的距離的配置。此外，圖3D中的配置是示出在根據(jù)本示例性實(shí)施例的整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)被展開(kāi)為在同一軸上排成一行時(shí)的副掃描截面的示意圖。

與圖3A中的配置相比，圖3B中的配置將光源1放置得更遠(yuǎn)離入射光學(xué)系統(tǒng)2而同時(shí)維持成像光學(xué)系統(tǒng)5的在面向待掃描表面6的掃描側(cè)的f數(shù)(Fno)，由此減少入射光學(xué)系統(tǒng)2的副掃描倍率的絕對(duì)值|βsi|。此外，與圖3A中的配置相比，圖3C中的配置將入射光學(xué)系統(tǒng)2放置得更接近偏轉(zhuǎn)表面4a，由此減少入射光學(xué)系統(tǒng)2的副掃描倍率的絕對(duì)值|βsi|。

在圖3B和圖3C中的配置中的每一個(gè)中比較對(duì)圖3A中的配置進(jìn)行改變之前的光路(虛線)和對(duì)圖3A中的配置進(jìn)行改變之后的光路(實(shí)線)，由實(shí)線表示的光路上的光束寬度Hb或Hc比由虛線表示的光路上的光束寬度Ha大。換句話說(shuō)，這個(gè)比較揭示了，如果在從圖3A中的配置中減少成像光學(xué)系統(tǒng)5和偏轉(zhuǎn)表面4a之間的距離的同時(shí)減少入射光學(xué)系統(tǒng)2的副掃描倍率，則這引起入射光學(xué)系統(tǒng)2在副掃描方向上的增大。

現(xiàn)在，為了簡(jiǎn)化描述，假設(shè)在圖3A中的配置中絕對(duì)值|βso|和|βsi|為|βso|＝|βsi|＝2，并且然后從這個(gè)配置改變偏轉(zhuǎn)表面4a和成像光學(xué)系統(tǒng)5之間的距離，使得絕對(duì)值|βso|增大到|βso|＝3。在該情況下，絕對(duì)值|βsi|應(yīng)該變?yōu)閨βsi|＝1.33以便在改變前和改變后之間保持整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的副掃描倍率的絕對(duì)值|βs|不變。在該情況下，入射光學(xué)系統(tǒng)2的出射表面上的光束寬度Hb在圖3B中的配置中為Hb＝4.17mm，并且為在對(duì)圖3A中的配置進(jìn)行改變之前的光束寬度Ha＝2.78mm的基本上1.5倍寬。此外，入射光學(xué)系統(tǒng)2的出射表面上的光束寬度Hc在圖3C中的配置中為Hc＝3.61mm，并且為光束寬度Ha的基本上1.3倍寬。

以這種方式，簡(jiǎn)單地減少入射光學(xué)系統(tǒng)2的副掃描倍率的絕對(duì)值|βsi|導(dǎo)致在副掃描方向上增大入射光學(xué)系統(tǒng)2。在本示例性實(shí)施例中，這個(gè)問(wèn)題通過(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)定入射光學(xué)系統(tǒng)2和成像光學(xué)系統(tǒng)5的副掃描倍率和每個(gè)部件的布局來(lái)解決。具體地，在Li表示光源1和偏轉(zhuǎn)表面4a之間的在光軸上的距離，即，光源1的發(fā)光點(diǎn)和軸上偏轉(zhuǎn)點(diǎn)之間的距離時(shí)，根據(jù)本示例性實(shí)施例的光學(xué)掃描設(shè)備10滿足以下條件表達(dá)式(7)到(9)。

0.5＜|βsi|＜2.2...(7)

3.0＜|βso|＜10.0...(8)

0.2＜Li/Lo＜0.4...(9)

條件表達(dá)式(7)表示入射光學(xué)系統(tǒng)2的副掃描倍率小到某種程度，即，入射光學(xué)系統(tǒng)2被布置在接近偏轉(zhuǎn)表面4a到某種程度的位置處。條件表達(dá)式(8)表示成像光學(xué)系統(tǒng)5的副掃描倍率大到某種程度，即，成像光學(xué)系統(tǒng)5被布置在接近偏轉(zhuǎn)表面4a到某種程度的位置處。此外，條件表達(dá)式(9)表示光源1被布置在接近偏轉(zhuǎn)表面4a到某種程度的位置處。

如果入射光學(xué)系統(tǒng)2的副掃描倍率降到由條件表達(dá)式(7)限定的下限之下，則入射光學(xué)系統(tǒng)2被布置得太接近偏轉(zhuǎn)表面4a，這使得難以制造光學(xué)掃描設(shè)備10。如果入射光學(xué)系統(tǒng)2的副掃描倍率超過(guò)由條件表達(dá)式(7)限定的上限，則入射光學(xué)系統(tǒng)2的副掃描倍率變得太大，這使得難以減少光學(xué)性能的敏感度。

此外，如果成像光學(xué)系統(tǒng)5的副掃描倍率降到由條件表達(dá)式(8)限定的下限之下，則成像光學(xué)系統(tǒng)5被布置得太遠(yuǎn)離偏轉(zhuǎn)表面4a，這使得難以減少整個(gè)設(shè)備在光軸方向上的尺寸。如果成像光學(xué)系統(tǒng)5的副掃描倍率超過(guò)由條件表達(dá)式(8)限定的上限，則成像光學(xué)系統(tǒng)5被布置得太接近偏轉(zhuǎn)表面4a，這使得難以制造光學(xué)掃描設(shè)備10。

此外，如果距離Li和Lo之間的關(guān)系降到條件表達(dá)式(9)限定的下限之下，則光源1被布置得太接近入射光學(xué)系統(tǒng)2，這使得難以制造光學(xué)掃描設(shè)備10。此外，如果距離Li和Lo之間的關(guān)系超過(guò)條件表達(dá)式(9)限定的上限，則光源1被布置得太遠(yuǎn)離入射光學(xué)系統(tǒng)2，這使得難以防止或減少入射光學(xué)系統(tǒng)2在副掃描方向上的增大。

以這樣的方式，通過(guò)滿足條件表達(dá)式(7)到(9)，根據(jù)本示例性實(shí)施例的光學(xué)掃描設(shè)備10可以在減少整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的副掃描倍率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)成像光學(xué)系統(tǒng)5的尺寸減少和防止或減少入射光學(xué)系統(tǒng)2的增大兩者，由此實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)備的尺寸減少。這個(gè)效果允許光學(xué)掃描設(shè)備10減少關(guān)于每個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的材料成本(實(shí)現(xiàn)成本削減)而同時(shí)減少整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)性能的敏感度。

如圖3D中的配置所指示的，不同于圖3B和3C中的配置，在根據(jù)本示例性實(shí)施例的整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)中，與圖3A中的配置相比，光源1和入射光學(xué)系統(tǒng)2兩者被布置得更接近偏轉(zhuǎn)表面4a。由于這個(gè)布局，圖3D中的配置成功防止或減少入射光學(xué)系統(tǒng)2在副掃描方向上的增大而同時(shí)減少入射光學(xué)系統(tǒng)2和成像光學(xué)系統(tǒng)5中的每一個(gè)到偏轉(zhuǎn)表面4a的距離。

具體地，在本示例性實(shí)施例中Li/Lo的值為0.36而在比較示例中Li/Lo的值為0.54，這表示與比較示例中的Li相比在本示例性實(shí)施例中Li被減少。然后，根據(jù)本示例性實(shí)施例的入射光學(xué)系統(tǒng)2的出射表面上的光束寬度Hd為2.55mm，并且與圖3B和圖3C中的配置中的Hb和Hc相比顯著地更窄。

為了在考慮由偏轉(zhuǎn)器4的旋轉(zhuǎn)引起的發(fā)熱和每個(gè)部件的組裝公差的同時(shí)進(jìn)一步減少整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的副掃描倍率，進(jìn)一步期望的是入射光學(xué)系統(tǒng)2滿足以下條件表達(dá)式(10)。

1.0＜|βsi|＜1.9...(10)

在本示例性實(shí)施例中，絕對(duì)值|βsi|是|βsi|＝1.76，并且滿足上述的條件表達(dá)式(7)和(10)兩者。因此，|βs|可以減少到小至6.02，這基本上等于比較示例。如果用根據(jù)比較示例的入射光學(xué)系統(tǒng)代替根據(jù)本示例性實(shí)施例的入射光學(xué)系統(tǒng)2，則絕對(duì)值|βs|增大到|βs|＝8.21，導(dǎo)致光學(xué)性能對(duì)每個(gè)部件的組裝精度的敏感度增大。類(lèi)似地，如果考慮由偏轉(zhuǎn)器4的旋轉(zhuǎn)引起的發(fā)熱和每個(gè)部件的組裝公差，進(jìn)一步期望的是成像光學(xué)系統(tǒng)5滿足以下條件表達(dá)式(11)。

3.0＜|βso|＜6.0...(11)

此外，在A表示作為待掃描表面6上的光學(xué)掃描的對(duì)象的有效掃描區(qū)域的在主掃描方向上的寬度(有效掃描寬度)時(shí)，期望的是根據(jù)本示例性實(shí)施例的光學(xué)掃描設(shè)備10滿足以下條件表達(dá)式(12)。

0.38≤Lo/A≤0.75...(12)

如果距離Lo和寬度A之間的關(guān)系降到條件表達(dá)式(12)限定的下限之下，則這導(dǎo)致在待掃描表面6由偏轉(zhuǎn)器4光學(xué)地掃描時(shí)最大掃描場(chǎng)角(相對(duì)于最大軸外像高的入射角)的寬度太大，導(dǎo)致必然增強(qiáng)成像光學(xué)系統(tǒng)5的焦度并且因此使得難以制造成像光學(xué)系統(tǒng)5。此外，如果距離Lo和寬度A之間的關(guān)系超過(guò)條件表達(dá)式(12)限定的上限，則偏轉(zhuǎn)器4和待掃描表面6之間的距離變得太長(zhǎng)，這使得難以減少設(shè)備的尺寸。

此外，如果考慮成像光學(xué)系統(tǒng)5的組裝公差和布局的容易性，則進(jìn)一步期望的是滿足以下條件表達(dá)式(13)。在本示例性實(shí)施例中，距離Lo與寬度A之間的關(guān)系為L(zhǎng)o/A＝0.67，并且滿足條件表達(dá)式(12)和(13)兩者。

0.5≤Lo/A≤0.75...(13)

以這樣的方式，依據(jù)根據(jù)本示例性實(shí)施例的光學(xué)掃描設(shè)備10，可以在減少光學(xué)性能的敏感度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)尺寸減少。

在下面的描述中，將詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例的光學(xué)掃描設(shè)備。圖4A和圖4B是示出根據(jù)本示例性實(shí)施例的光學(xué)掃描設(shè)備40的主要部分的截面圖，并且圖4A和圖4B分別示出主掃描截面和副掃描截面。在表3中指出根據(jù)本示例性實(shí)施例的光學(xué)掃描設(shè)備40的配置。

[表3]

類(lèi)似于第一示例性實(shí)施例，根據(jù)本示例性實(shí)施例的成像光學(xué)系統(tǒng)5的每個(gè)光學(xué)表面的形狀也由表達(dá)式(1)到(4)表示的定義表達(dá)式表示。然而，不同于第一示例性實(shí)施例，根據(jù)本示例性實(shí)施例的成像光學(xué)系統(tǒng)5被配置為使得利用偏轉(zhuǎn)表面4a偏轉(zhuǎn)的光束以不均勻的速度掃描待掃描表面6，即，不滿足主掃描截面中的fθ特性。

像第一示例性實(shí)施例一樣，光學(xué)表面應(yīng)該被形成為在主掃描截面中在軸上像高和軸外像高之間很大程度不同的形狀，以便允許成像光學(xué)系統(tǒng)5具有fθ特性。然后，將成像光學(xué)系統(tǒng)5放置得太接近偏轉(zhuǎn)器4導(dǎo)致主掃描截面中的光學(xué)表面的形狀的急劇改變，導(dǎo)致彗形像差(comatic aberration)增大。因此，成像光學(xué)系統(tǒng)5應(yīng)該被布置為相距偏轉(zhuǎn)器4特定距離，以便維持成像光學(xué)系統(tǒng)5的fθ特性和光學(xué)性能兩者。

另一方面，在本示例性實(shí)施例中，成像光學(xué)系統(tǒng)5被配置為具有如下掃描特性，即其使得光束不滿足待掃描表面6上的速度的均勻性，這允許在維持光學(xué)性能的同時(shí)將成像光學(xué)系統(tǒng)5布置為進(jìn)一步接近偏轉(zhuǎn)器4，由此實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)備的尺寸的進(jìn)一步減少。

在θ表示通過(guò)偏轉(zhuǎn)器4的掃描角(掃描場(chǎng)角)，Y[mm]表示以掃描角θ偏轉(zhuǎn)的光束在待掃描表面6上的在主掃描方向上的光會(huì)聚位置(像高)，并且f[mm]表示軸上像高處的成像系數(shù)時(shí)，根據(jù)本示例性實(shí)施例的成像光學(xué)系統(tǒng)5的掃描特性由以下表達(dá)式(14)表示。

Y＝f×θ+α×θ³...(14)

然而，成像系數(shù)f為與fθ特性：Y＝fθ中的f對(duì)應(yīng)的系數(shù)，并且是用于將fθ特性擴(kuò)展到除了平行光束以外的光束的系數(shù)，該fθ特性是在平行光束入射在成像光學(xué)系統(tǒng)5上時(shí)的掃描特性。換句話說(shuō)，在包括平行光束的具有各種會(huì)聚的光束入射在成像光學(xué)系統(tǒng)5上時(shí)，成像系數(shù)f是用于在光會(huì)聚位置Y和掃描角θ之間建立成比例的關(guān)系的系數(shù)。在本示例性實(shí)施例中，軸上像高處的成像系數(shù)f是f＝106.7。

此外，表達(dá)式(14)中的α是用于確定根據(jù)本示例性實(shí)施例的成像光學(xué)系統(tǒng)5的掃描特性的系數(shù)(掃描特性系數(shù))，并且在本示例性實(shí)施例中是α＝12.6。例如，如果系數(shù)α是0，表達(dá)式(14)表示為Y＝fθ，并且因此對(duì)應(yīng)于fθ特性。然而，如果系數(shù)α不是0，表達(dá)式(14)對(duì)應(yīng)于如下掃描特性，即在光會(huì)聚位置Y和掃描角θ之間不建立成比例的關(guān)系。表示成像光學(xué)系統(tǒng)5的掃描特性的表達(dá)式不限于上述的表達(dá)式(14)。

然后，通過(guò)對(duì)表達(dá)式(14)相對(duì)于掃描角θ求微分，可以獲得相對(duì)于掃描角θ的、待掃描表面6上的光束的掃描速度，如以下表達(dá)式(15)所指示的。

dY/dθ＝f+3α×θ²...(15)

此外，通過(guò)將表達(dá)式(15)除以作為軸上像高處的速度的dY(0)/dθ＝f，獲得以下表達(dá)式(16)。

(dY/dθ)/f＝1+3α×θ²/f...(16)

表達(dá)式(16)表示每個(gè)軸外像高處的速度的均勻性距離軸上像高處的速度的均勻性的偏差量，即，軸外像高處的部分倍率距離軸上像高處的部分倍率的偏差量(部分倍率的偏差)。根據(jù)本示例性實(shí)施例的光學(xué)掃描設(shè)備40具有部分倍率，使得α≠0意指光束的掃描速度在軸上像高處與軸外像高處之間是不同的。換句話說(shuō)，軸外像高處的掃描位置(每單位時(shí)間的掃描距離)根據(jù)部分倍率的偏差而伸展(stretch)，由此在不考慮部分倍率的這個(gè)偏差的情況下光學(xué)地掃描待掃描表面6導(dǎo)致待掃描表面6上形成的圖像的劣化(打印性能的劣化)。

因此，在本示例性實(shí)施例中，如果系數(shù)α為α≠0，則光源1的調(diào)制定時(shí)(發(fā)光定時(shí))和調(diào)制持續(xù)時(shí)間(發(fā)光持續(xù)時(shí)間)由控制單元(未示出)根據(jù)部分倍率的偏差來(lái)控制。這個(gè)控制允許光學(xué)掃描設(shè)備40電氣地校正待掃描表面6上的掃描位置和掃描時(shí)間，由此允許光學(xué)掃描設(shè)備40校正部分倍率的偏差以及因此圖像的劣化，獲得如在滿足fθ特性時(shí)獲得的那樣優(yōu)秀的打印性能。

如根據(jù)圖1A、圖1B、圖2A和圖2B與圖4A和圖4B之間的比較而清楚理解的，與第一示例性實(shí)施例和比較示例相比，在本示例性實(shí)施例中，成像光學(xué)系統(tǒng)5和偏轉(zhuǎn)表面4a之間的距離可以更短，并且成像光學(xué)系統(tǒng)5在主掃描方向上的寬度也可以顯著地更窄。然而，如上所述，由于必需保證用于放置調(diào)色劑容器等的區(qū)域，難以減少在偏轉(zhuǎn)表面4a和待掃描表面6之間的在光軸上的距離Lo，因此這個(gè)距離在本示例性實(shí)施例和比較示例之間幾乎相等。因此，與比較示例相比，在本示例性實(shí)施例中成像光學(xué)系統(tǒng)5的副掃描倍率的絕對(duì)值|βso|更大，因?yàn)檫@個(gè)值在本示例性實(shí)施例中為5.62倍而在比較示例中為2.4倍。

因此，類(lèi)似于第一示例性實(shí)施例，在本示例性實(shí)施例中，入射光學(xué)系統(tǒng)2的副掃描倍率和每個(gè)部件的布局也被適當(dāng)?shù)卦O(shè)定從而滿足上述的條件表達(dá)式(7)到(9)，由此允許光學(xué)掃描設(shè)備40實(shí)現(xiàn)整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的副掃描倍率的減少和整個(gè)設(shè)備的尺寸的減少兩者。

具體地，入射光學(xué)系統(tǒng)2的副掃描倍率|βsi|為1.56倍，并且整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的副掃描倍率|βs|可以減少直到8.76倍。如果用根據(jù)比較示例的入射光學(xué)系統(tǒng)2代替根據(jù)本示例性實(shí)施例的入射光學(xué)系統(tǒng)2，則|βsi|為2.40倍，使得整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的副掃描倍率|βs|增大到13.49倍。

此外，在本示例性實(shí)施例中Li/Lo的值為0.33并且入射光學(xué)系統(tǒng)2的出射表面上的光束寬度為2.01mm，由此與比較示例相比可以實(shí)現(xiàn)Li的減少和光束寬度的減少。此外，在本示例性實(shí)施例中，距離Lo與寬度A之間的關(guān)系為L(zhǎng)o/A＝0.60，并且滿足上述的條件表達(dá)式(12)和(13)兩者。

[圖像形成設(shè)備]

圖5為示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的圖像形成設(shè)備104的主要部分的示意圖(副掃描截面的視圖)。圖像形成設(shè)備104包括光學(xué)掃描單元100，其為根據(jù)上述的各個(gè)示例性實(shí)施例中的任何一個(gè)的光學(xué)掃描設(shè)備。

如圖5中所示出的，從外部設(shè)備117(諸如個(gè)人計(jì)算機(jī))輸出的代碼數(shù)據(jù)Dc被輸入到圖像形成設(shè)備104。這個(gè)代碼數(shù)據(jù)Dc被設(shè)備中的打印機(jī)控制器111轉(zhuǎn)換為圖像數(shù)據(jù)(點(diǎn)數(shù)據(jù))Di，并且輸入到光學(xué)掃描單元100。然后，從這個(gè)光學(xué)掃描單元100發(fā)射根據(jù)圖像信號(hào)Di調(diào)制的光束103，并且在主掃描方向上利用這個(gè)光束103掃描感光鼓101的感光表面(待掃描表面)。打印機(jī)控制器111不僅負(fù)責(zé)上述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而且控制圖像形成設(shè)備104中的每個(gè)單元，諸如下面將描述的馬達(dá)105。

用作靜電潛像承載部件(感光部件)的感光鼓101由馬達(dá)105沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。然后，根據(jù)該旋轉(zhuǎn)在副掃描方向上感光鼓101的感光表面相對(duì)于光束103移位。使感光表面均勻充電的充電輥102被布置在感光鼓101上方鄰接感光表面。然后，圖像形成設(shè)備104被配置為使得利用來(lái)自光學(xué)掃描單元100的光束103照射由充電輥102充電的感光表面。

如上所述，基于圖像信號(hào)Di調(diào)制光束103，并且利用這個(gè)光束103的照射使得在感光表面上形成靜電潛像。這個(gè)靜電潛像由顯影單元107顯影為調(diào)色劑圖像，顯影單元107被布置在感光鼓101的旋轉(zhuǎn)方向上的利用光束103照射的位置的更下游側(cè)鄰接感光表面。

由顯影單元107顯影的調(diào)色劑圖像被轉(zhuǎn)印輥(轉(zhuǎn)印單元)108轉(zhuǎn)印到用作轉(zhuǎn)印材料的片材112上，該轉(zhuǎn)印輥108布置在感光鼓101下面且與感光鼓101相對(duì)。片材112被包含在位于感光鼓101前面(圖5中的右側(cè))的片材盒109中，但是也可以被手動(dòng)地饋送。片材饋送輥110被布置在片材盒109的端部處，通過(guò)該片材饋送輥110將片材盒109中的片材112饋送到傳送路徑上。

其上轉(zhuǎn)印有未定影的調(diào)色劑圖像的片材112被進(jìn)一步傳送到布置在感光鼓101后面(圖5中的左側(cè))的定影單元。定影單元包括定影輥113以及加壓輥114，定影輥113在其中具有定影加熱器(未示出)，并且加壓輥114被布置為與這個(gè)定影輥113壓力接觸。這個(gè)定影單元通過(guò)加熱從轉(zhuǎn)印輥108傳送的片材112而同時(shí)在定影輥113和加壓輥114之間的壓力接觸部分處按壓這個(gè)片材112來(lái)使片材112上的未定影的調(diào)色劑圖像定影。此外，片材排放輥116被布置在定影輥113后面，并且將其上定影有調(diào)色劑圖像的片材112從圖像形成設(shè)備104向外排放。

通過(guò)為光學(xué)掃描單元100、感光鼓101和顯影單元107中的每一個(gè)設(shè)置多個(gè)單元，圖像形成設(shè)備104可以被配置作為彩色圖像形成設(shè)備。此外，通過(guò)將包括線傳感器(諸如電荷耦合器件(CCD)傳感器和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)傳感器)的彩色圖像讀取設(shè)備作為外部設(shè)備117連接到圖像形成設(shè)備104，可以構(gòu)造彩色數(shù)字復(fù)印機(jī)。

[示例性的變型]

已經(jīng)描述了本發(fā)明的典型的示例性實(shí)施例和示例，本發(fā)明不限于這些示例性實(shí)施例和示例，并且這些示例性實(shí)施例和示例可以在本發(fā)明的精神的范圍內(nèi)以各種方式被結(jié)合、修改和改變。

例如，上述示例性實(shí)施例中的每一個(gè)采用利用來(lái)自單個(gè)光源1的光束光學(xué)地掃描單個(gè)待掃描表面6的配置，但是本發(fā)明不限于此并且可以采用由單個(gè)偏轉(zhuǎn)器同時(shí)偏轉(zhuǎn)來(lái)自多個(gè)光源的光束以便光學(xué)地掃描多個(gè)待掃描表面的配置。

雖然已經(jīng)參考示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所公開(kāi)的示例性實(shí)施例。以下權(quán)利要求的范圍將被給予最寬的解釋從而包括所有這樣的修改、等同的結(jié)構(gòu)與功能。