專利名稱：掃描光學(xué)裝置及使用這種裝置的彩色成像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種掃描光學(xué)裝置，其適用于成像設(shè)備，諸如激光束打印機(LBP)，數(shù)字復(fù)印機，或執(zhí)行電子照像過程的多功能打印機。特別地，本發(fā)明涉及一種掃描光學(xué)裝置，其設(shè)計用于級聯(lián)式彩色成像設(shè)備，這種設(shè)備通過向多個待掃描的表面引導(dǎo)多個光束來形成彩色圖像。
背景技術(shù)：
一種已知的掃描光學(xué)裝置，諸如LBP，通過使用光偏轉(zhuǎn)器，諸如旋轉(zhuǎn)多面反射鏡，周期地偏轉(zhuǎn)根據(jù)圖像信號調(diào)制并從光源元件發(fā)射的光，以執(zhí)行圖像記錄。具有f-θ特性的一種成像光學(xué)元件適用于允許被調(diào)制的光在感光記錄介質(zhì)(感光鼓)表面上會聚。記錄介質(zhì)被這樣光學(xué)掃描，從而執(zhí)行成像記錄。
圖9是表示已知的掃描光學(xué)裝置基本部分的示意圖。
參見圖9，從光源元件1發(fā)散的光線被準(zhǔn)直透鏡2轉(zhuǎn)換為基本上平行的光，受到光闌3的限制，然后進入只在次掃描方向具有預(yù)定的折光力的柱面透鏡4。
已進入柱面透鏡4的平行光線在主掃描截面中平行地出射，在次掃描截面中，它們在諸如多面反射鏡的光偏轉(zhuǎn)器5的偏轉(zhuǎn)面(反射面)5a上會聚形成線性圖像。
從光偏轉(zhuǎn)器5的偏轉(zhuǎn)面5a被偏轉(zhuǎn)的光線，通過具有f-θ特性的成像光學(xué)元件6被引導(dǎo)到用作為待被掃描表面的感光鼓8的表面。按箭頭“A”所指方向轉(zhuǎn)動光偏轉(zhuǎn)器5允許在感光鼓8的表面上進行光學(xué)掃描，從而記錄圖像信息。
由于在辦公室中彩色文檔的使用正變得廣泛，需要諸如LBP和數(shù)字復(fù)印機等成像設(shè)備以高速輸出彩色圖像。在這種環(huán)境下，一種由于其高的生產(chǎn)率而成為占主流的彩色成像設(shè)備是所謂的級聯(lián)式彩色成像設(shè)備，其中對每一顏色準(zhǔn)備掃描光學(xué)裝置，感光部件，以及顯影單元，并且它們并行設(shè)置。
存在各種類型的已知掃描光學(xué)裝置，其設(shè)計用于這種級聯(lián)式彩色成像設(shè)備。例如，日本專利公開No.11-223783公開了一種彩色成像設(shè)備，其中并行設(shè)置對應(yīng)于(四種)各種顏色的多個掃描光學(xué)裝置。此外，日本專利2725067公開了一種成像設(shè)備，其中配置在光偏轉(zhuǎn)器與感光鼓表面之間的光路中的光偏轉(zhuǎn)器和成像光學(xué)元件(f-θ透鏡)，在對應(yīng)于(四種)各種顏色的多個光束之中共享。
然而，這些掃描光學(xué)裝置一般根據(jù)顏色數(shù)量需要幾個成像光學(xué)元件(f-θ透鏡)。此外，由于配置在光偏轉(zhuǎn)器與光源元件之間的光路中的入射光學(xué)系統(tǒng)不能容易地在各顏色之間共享，因而必須準(zhǔn)備多個相同的入射光學(xué)系統(tǒng)。
因而，設(shè)計用于級聯(lián)式彩色成像設(shè)備中的掃描光學(xué)裝置，與圖9所示已知的單個掃描光學(xué)裝置相比，結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，成本更為昂貴。
日本專利公開No.2001-281575公開了一種掃描光學(xué)裝置，其中入射光學(xué)系統(tǒng)在各顏色之間共享。
然而，在這種掃描光學(xué)裝置中，對應(yīng)于各顏色的四個光束的主光線沿平行于光偏轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)軸的方向間隔開。這一結(jié)構(gòu)需要大的光偏轉(zhuǎn)器，以允許四個光束在偏轉(zhuǎn)面上的空間分離。
換言之，由于在次掃描截面中，對應(yīng)于各顏色的四個光束的主光線以直角進入光偏轉(zhuǎn)器的偏轉(zhuǎn)面，所以在不增加光偏轉(zhuǎn)器的尺寸的情況下，四個光束的主光線在偏轉(zhuǎn)面上不能空間地分隔開。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種掃描光線裝置，包括具有多個發(fā)光部件的整體式多激光器(monolithic multi-laser)；光偏轉(zhuǎn)器，其配置為在同一偏轉(zhuǎn)面偏轉(zhuǎn)從多個發(fā)光部件發(fā)射的所有多個光束；入射光學(xué)系統(tǒng)，其設(shè)置于整體式多激光器與光偏轉(zhuǎn)器之間的光路中，并被配置為使得所有多個光束的主光線在次掃描截面以不同角度進入光偏轉(zhuǎn)器的同一偏轉(zhuǎn)面；分離光學(xué)系統(tǒng)，其被配置為使得在光偏轉(zhuǎn)器的同一偏轉(zhuǎn)面上被偏轉(zhuǎn)的多個光束引向待被掃描的不同表面；以及成像光學(xué)系統(tǒng)，其被配置為使得在同一偏轉(zhuǎn)面上被偏轉(zhuǎn)的多個光束在待被掃描的不同表面上形成圖像。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，第一方面的掃描光學(xué)裝置還包括光闌，其設(shè)置于整體式多激光器與光偏轉(zhuǎn)器之間的光路中，其中入射光系統(tǒng)被配置為使得從多個發(fā)光部件發(fā)射的所有多個光束通過光闌的同一孔徑。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種掃描光學(xué)裝置，包括光源元件，其具有多個發(fā)光部件；光闌；光偏轉(zhuǎn)器，其配置為在同一偏轉(zhuǎn)面上偏轉(zhuǎn)從多個發(fā)光部件發(fā)射的所有多個光束；入射光學(xué)系統(tǒng)，其設(shè)置于光闌與光偏轉(zhuǎn)器之間的光路中，且該入射光學(xué)系統(tǒng)被配置為使得從多個發(fā)光部件發(fā)射的所有多個光束通過光闌的同一孔徑，并被配置為使得所有多個光束的主光線在次掃描截面中以不同角度進入光偏轉(zhuǎn)器的同一偏轉(zhuǎn)面；分離光學(xué)系統(tǒng)，其被配置為使得在光偏轉(zhuǎn)器的同一偏轉(zhuǎn)面上被偏轉(zhuǎn)的多個光束引向待被掃描的不同表面；以及成像光學(xué)系統(tǒng)，其被配置為使得在同一偏轉(zhuǎn)面上被偏轉(zhuǎn)的多個光束在待被掃描的不同表面上形成圖像。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，在第三方面的掃描光學(xué)裝置中，光源元件具有這種結(jié)構(gòu)其中，各具有多個發(fā)光部件的多個整體式多激光器被間隔開。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，在第一或第三方面的掃描光學(xué)裝置中，在次掃描方向中，入射到光偏轉(zhuǎn)器的同一偏轉(zhuǎn)面上以及從該同一偏轉(zhuǎn)面偏轉(zhuǎn)到待掃描的不同表面上的多個光束中的相鄰光束的主光線之間按弧度計的角度差θs滿足θs＞(1.64×λ×|βso|)/ρ其中λ是光束的振蕩波長，βso是成像光學(xué)系統(tǒng)在次掃描方向的橫向放大率，以及ρ是在待被掃描表面上次掃描方向中的光點直徑。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，在第一方面的掃描光學(xué)裝置中，整體式多激光器是具有四個或更多發(fā)光部件的表面發(fā)射激光器。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，在第一方面的掃描光學(xué)裝置中，整體式多激光器的發(fā)光部件的數(shù)目為待被掃描表面的數(shù)目的“n”倍，其中“n”是等于或大于二的整數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，在第一或第三方面的掃描光學(xué)裝置中，成像光學(xué)系統(tǒng)包括成像透鏡，在光偏轉(zhuǎn)器的同一偏轉(zhuǎn)面上偏轉(zhuǎn)的所有多個光束通過該透鏡。
根據(jù)本發(fā)明的第九方面，在第一或第三方面的掃描光學(xué)裝置中，分離光學(xué)系統(tǒng)由若干反射鏡構(gòu)成，它們用于在光偏轉(zhuǎn)器的同一偏轉(zhuǎn)面上偏轉(zhuǎn)的多個光束的每一個。
根據(jù)本發(fā)明的第十方面，在第二或第三方面的掃描光學(xué)裝置中，在次掃描方向中，于光闌與其共軛點之間，入射光學(xué)系統(tǒng)的橫向放大率βsi的絕對值滿足|βsi|≤1。
根據(jù)本發(fā)明的第十一方面，在第十方面的掃描光學(xué)裝置中，設(shè)置于光闌與光偏轉(zhuǎn)器之間的光路中的光學(xué)系統(tǒng)在次掃描方向中于光闌與其共軛點之間的橫向放大率βsi滿足1/20＜|βsi|＜1/3。
根據(jù)本發(fā)明的第十二方面，在第二或第三方面的掃描光學(xué)裝置中，在從整體式多激光器到光偏轉(zhuǎn)器的光路中，光闌設(shè)置成該光闌與整體式多激光器之間比該光闌與光偏轉(zhuǎn)器之間更靠近。
根據(jù)本發(fā)明的第十三方面，在第一或第三方面的掃描光學(xué)裝置中，待掃描的不同表面位于不同的圖像載體上。
根據(jù)本發(fā)明的第十四方面，提供一種彩色成像設(shè)備，包括第一或第三方面的掃描光學(xué)裝置，對應(yīng)于各待被掃描的多個表面的多個感光部件；多個顯影單元，其對應(yīng)于各多個感光部件，并被配置為把靜電潛像顯影為調(diào)色劑圖像，通過掃描光學(xué)裝置以光束掃描在各感光部件上形成潛像；多個轉(zhuǎn)印單元，它們對應(yīng)于各多個顯影單元，并被配置為向轉(zhuǎn)印介質(zhì)轉(zhuǎn)印已顯影的調(diào)色劑圖像；以及定影器，其被配置為熔凝已向轉(zhuǎn)印介質(zhì)轉(zhuǎn)印的調(diào)色劑圖像。
根據(jù)本發(fā)明的第十五方面，第十四方面的彩色成像設(shè)備包括打印機控制器，其被配置為把從外部裝置輸入的代碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖像信號，并把該圖像信號輸入到掃描光學(xué)裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第十六方面，提供一種彩色成像設(shè)備，包括多個第一或第三方面的掃描光學(xué)裝置；對應(yīng)于待被掃描的各多個表面的多個感光部件；多個顯影單元，它們對應(yīng)于該各多個感光部件，并被配置為把靜電潛像顯影為調(diào)色劑圖像，通過多個掃描光學(xué)裝置以光束掃描在各感光部件上形成潛像；多個轉(zhuǎn)印單元，它們對應(yīng)于各多個顯影單元，并被配置為把已顯影的調(diào)色劑圖像轉(zhuǎn)印到轉(zhuǎn)印介質(zhì)；以及定影器，其被配置為把已轉(zhuǎn)印的調(diào)色劑圖像熔凝到轉(zhuǎn)印介質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的第十七方面，第十六方面的彩色成像設(shè)備還包括打印機控制器，其被配置為把從外部裝置輸入的代碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖像信號，并把該圖像信號輸入到該多個掃描光學(xué)裝置。
本發(fā)明提供次掃描方向中的角度差，這對于在光偏轉(zhuǎn)的同一偏轉(zhuǎn)面上，使用具有簡單結(jié)構(gòu)的入射光學(xué)系統(tǒng)分開從位于同一基片上的多個發(fā)光部件發(fā)射的多個光束而不會增加整個設(shè)備的尺寸和成本來說是需要的。這樣，來自單個光源元件的多個光束，由共享的入射光學(xué)系統(tǒng)引導(dǎo)到光偏轉(zhuǎn)器的同一偏轉(zhuǎn)面，被該同一偏轉(zhuǎn)面偏轉(zhuǎn)，并通過由多個分離光學(xué)元件組成的分離光學(xué)系統(tǒng)引向不同的對應(yīng)于各顏色的感光鼓。這樣就實現(xiàn)了尺寸小、成本低的一種掃描光學(xué)裝置和成像設(shè)備。
從以下參照附圖對示例性實施例的說明，本發(fā)明進一步的特點將變得明顯。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例，在主掃描截面中的掃描光學(xué)裝置的一個平面。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例，在次掃描截面中的一個平面，該平面在掃描光學(xué)裝置中從光源元件延伸到光偏轉(zhuǎn)器。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例，在次掃描截面中的一個平面，該平面在掃描光學(xué)裝置中從光偏轉(zhuǎn)器延伸到待被掃描表面。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例，在次掃描截面中的一個平面，該平面在掃描光學(xué)裝置中從光偏轉(zhuǎn)器延伸到待被掃描表面。
圖5A和圖5B的每一個示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例，在次掃描截面中的一個平面，該平面從到掃描光學(xué)裝置的光源元件延伸到光偏轉(zhuǎn)器。圖5A只示出四個光束的主光線。圖5B示出主光線和邊緣光線。
圖6示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的成像設(shè)備。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的掃描光學(xué)裝置的主掃描截面中的一個平面。
圖8示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例，在次掃描截面中的一個平面，該平面在掃描光學(xué)裝置中從光源元件延伸到光偏轉(zhuǎn)器。
圖9是已知的掃描光學(xué)裝置的透視圖。
圖10示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的掃描光學(xué)裝置的光源元件中的發(fā)光部件陣列。
圖11示出本發(fā)明第一實施例的像差圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的第一實施例采用了具有三個或更多發(fā)光部件的光源。最好使用垂直腔面發(fā)射激光器(Vcsel)，因為在其結(jié)構(gòu)中光是在正交于半導(dǎo)體基片的方向中發(fā)射的。使用這樣的器件，與已知的端面發(fā)射半導(dǎo)體激光器相比，增加發(fā)光部件的數(shù)目、實現(xiàn)二維并行集成以及定義發(fā)光部件的布局要容易得多。
使用這樣的光源，能夠把從在同一表面上具有多個發(fā)光部件的光源發(fā)射的顏色不同的光束分開。由于多個光束可被引向任何用于形成單色的感光鼓，因而使用所謂的多光束掃描技術(shù)就能夠增加掃描速度。
在這樣的環(huán)境中，本實施例提供了一種結(jié)構(gòu)，其中無須增加整個設(shè)備的尺寸及其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，通過共享的入射光學(xué)系統(tǒng)使來自在同一表面上有多個發(fā)光部件的光源的多個光束整形，并使在光偏轉(zhuǎn)器的同一偏轉(zhuǎn)面上被偏轉(zhuǎn)的多個光束通過分離光學(xué)系統(tǒng)，諸如反射鏡，引向用于各顏色的感光鼓，從而實現(xiàn)一種結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、成本低的掃描光學(xué)裝置和成像設(shè)備。
本發(fā)明中要使用的Vcsel包括四個或八個發(fā)光部件。雖然發(fā)光部件的數(shù)目可以是任何等于或大于二的數(shù)，但希望包含四個或更多發(fā)光部件以實現(xiàn)高速掃描。
第一實施例圖1示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的掃描光學(xué)裝置的一個平面。圖1省略了以下將要說明并在圖3所示的一個分離光學(xué)系統(tǒng)。
圖2和圖3的每一個表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的掃描光學(xué)裝置的一個平面。圖2表示從光源元件1到光偏轉(zhuǎn)器(多面反射鏡)5的光路，而圖3表示從光偏轉(zhuǎn)器5到被掃描表面(感光鼓)的光路，它們在以下將稱為“被掃描表面”。
本發(fā)明中，主掃描截面示出為是其法線為光偏轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)軸的一個平面，而次掃描截面示出為是包含成像光學(xué)系統(tǒng)的光軸并與主掃描截面正交的一個平面。
本發(fā)明中，主掃描方向是與成像光學(xué)系統(tǒng)光軸正交、定義在主掃描截面中的一個方向(即，光束被移動而用于掃描的方向)，同時次掃描方向是與成像光學(xué)系統(tǒng)的光軸正交、定義在次掃描截面中的一個方向(即圖像載體的移動方向)。
用作為光源元件1的半導(dǎo)體激光器是具有四個發(fā)光部件的Vcsel，這四個發(fā)光部件沿次掃描方向排列，并且在主掃描方向不彼此隔開。
因而，四個發(fā)光部件在表示掃描光學(xué)裝置的主掃描截面的圖1中可作為單個點對待。由于從四個發(fā)光部件發(fā)射的四個光束完全彼此重疊，因而圖1中只示出四個發(fā)光部件中的一個。在來自光源元件1的四個發(fā)散的光束11k，11c，11m和11y由共享的準(zhǔn)直透鏡2轉(zhuǎn)換為四個平行光束之后，主掃描方向中光束的寬度和次掃描方向中光束的寬度由光闌3限制。
第一實施例使用一種未充滿(underfilled)光學(xué)系統(tǒng)，其中在偏轉(zhuǎn)面上入射的光束在主掃描方向的寬度小于偏轉(zhuǎn)面在主掃描方向的寬度。
隨后，四個光束進入只在次掃描方向有預(yù)定折光力的柱面透鏡4，并由一個反射鏡反射。然后，在次掃描方向，光束會聚，以在光偏轉(zhuǎn)器5的偏轉(zhuǎn)面5a附近形成一個圖像。在主掃描方向，光束進入光偏轉(zhuǎn)器5的偏轉(zhuǎn)面5a，同時保持彼此平行。
以下將說明本實施例中使用的Vcsel。
因為光在與半導(dǎo)體基片正交的方向上發(fā)射的這一結(jié)構(gòu)，本實施例中使用的Vcsel的特征在于，與已知的端面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的情形相比，增加發(fā)光部件的數(shù)目、實現(xiàn)二維平行集成以及定義發(fā)光部件的布局要容易得多。
本實施例中使用的Vcsel(發(fā)光部件的間隔為500μm或更小)是一種整體式多半導(dǎo)體激光器。
整體式多半導(dǎo)體激光器是在同一基片上設(shè)置有多個發(fā)光部件的激光器。
光偏轉(zhuǎn)器5由驅(qū)動單元諸如電動機(未示出)驅(qū)動，以在由箭頭“A”(圖1)指示的方向以恒定速度轉(zhuǎn)動。由光偏轉(zhuǎn)器5的同一偏轉(zhuǎn)面5a偏轉(zhuǎn)的四個光束進入具有f-θ特性的成像光學(xué)元件6。本實施例中，成像光學(xué)元件6是單透鏡，四個光束一起通過該透鏡。在由成像光學(xué)元件6校正了主和次掃描方向上的f-θ特性和像場彎曲之后，這四個光束進入用作為對各光束設(shè)置的分離光學(xué)元件的第一反射鏡71k，71c，71m和71y(參見圖3)。同時某些光束暫時被引向第二反射鏡72k，72m和72y，這四個光束最終被引導(dǎo)到被掃描表面8上對應(yīng)的感光鼓8k，8c，8m和8y。在箭頭“A”的方向上轉(zhuǎn)動光偏轉(zhuǎn)器5引起在被掃描表面8上由箭頭“B”指示的方向(圖1)上的光學(xué)掃描。這允許在各感光鼓8k，8c，8m和8y上形成掃描線，從而進行彩色圖像記錄。
成像光學(xué)元件6用作為歪斜校正(tangle error correction)系統(tǒng)，用來校正光偏轉(zhuǎn)器5的每一偏轉(zhuǎn)面5a的歪斜。成像光學(xué)元件6允許在偏轉(zhuǎn)面5a上的一個偏轉(zhuǎn)點與被掃描表面8上一個成像點之間具有共軛關(guān)系。
現(xiàn)在將說明多個相鄰光束的分離，這些光束來自在同一基片上有多個發(fā)光部件的光源元件1(即光源在單個基片上具有多個發(fā)光部件)。有兩種已知的方法分離在次掃描截面中的多個光束。一種方法是空間分離法，其中，多個光束的主光線在次掃描截面中相對于與光偏轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)軸正交的一個平面(即主掃描截面)被準(zhǔn)直。就是說，空間分離方法是這樣一種方法，其中在次掃描截面中，多個光束的主光線以直角進入光偏轉(zhuǎn)器的偏轉(zhuǎn)面。另一方法是角度分離方法，該方法使得光束以不同角度進入光偏轉(zhuǎn)器的偏轉(zhuǎn)面，從而在次掃描截面中分離多個光束。
空間分離方法是這樣一種方法，其使得四個光束進入光偏轉(zhuǎn)器5的偏轉(zhuǎn)面5a，同時使四個光束彼此平行，以及使得四個光束間隔開，以達到它們不會在空間上彼此重疊的程度。使用這一空間分離方法最主要的問題在于，光偏轉(zhuǎn)器5和入射光學(xué)系統(tǒng)的尺寸(包括準(zhǔn)直透鏡2和柱面透鏡4)在次掃描方向上增加，以及在于，難以共享成像光學(xué)元件6，因為光束在光偏轉(zhuǎn)器5上被很寬地分離開。這導(dǎo)致掃描光學(xué)裝置增加的尺寸和成本，并抵銷了允許從光源元件1到入射光學(xué)系統(tǒng)延伸的各組件被共享的優(yōu)點。
另一方面，角度分離方法是這樣一種方法，其使得四個光束在次掃描截面中有角度差的情況下進入光偏轉(zhuǎn)器5的偏轉(zhuǎn)面5a上的相鄰點(在技術(shù)上是分隔開的)，從而在四個光束已通過成像光學(xué)元件6之后，使用在次掃描截面中的角度差分開該四個光束。這一方法不增加光偏轉(zhuǎn)器5和入射光學(xué)系統(tǒng)(包括準(zhǔn)直透鏡2，光闌3和柱面透鏡4)的尺寸，并因此能夠?qū)崿F(xiàn)一種緊湊而低廉的掃描光學(xué)裝置。然而，這一方法的問題在于，像差不易由成像光學(xué)元件6校正，因為光束以大角度進入光偏轉(zhuǎn)器5。
這一問題可通過向成像光學(xué)元件6施加調(diào)節(jié)而解決。其細(xì)節(jié)在下面說明。
因為其尺寸和成本的優(yōu)點，第一實施例使用上述角度分離方法，這使得四個光束通過在光偏轉(zhuǎn)器5上把它們調(diào)節(jié)到不同角度而被分離。由于必須避免相鄰的光束彼此重疊，在次掃描方向中相鄰光束的主光線之間的角度差必須大于光偏轉(zhuǎn)器5上次掃描方向中F數(shù)的倒數(shù)。
因而，將被引向不同感光鼓8k，8c，8m和8y的相鄰光束的主光線之間的角度差θs(按弧度計)必須滿足θs＞1/Fno.Por這里Fno.Por是次掃描方向中光偏轉(zhuǎn)器5上的F數(shù)。
光偏轉(zhuǎn)器5上次掃描方向中的F數(shù)“Fno.Por”可表示如下Fno.Por＝ρ/(1.64×λ×|βso|)這里λ是從光源元件1發(fā)射的光束的振蕩波長，βso是次掃描方向中成像光學(xué)元件6的橫向放大率，而ρ是被掃描表面8上次掃描方向中的光點直徑。因而，被引向不同感光鼓8k，8c，8m和8y的相鄰光束的主光線之間的角度差θs(按弧度計)必須滿足θs＞(1.64×λ×|βso|)/ρ...條件表達式A現(xiàn)在將說明條件表達式A左側(cè)的光學(xué)參數(shù)。
考慮被掃描表面8上的像差(像場彎曲和失真)，希望成像光學(xué)元件6在次掃描方向中的橫向放大率βso的值滿足0.5≤|βso|≤3.0。
考慮LBP或數(shù)字復(fù)印機的分辨率，希望被掃描表面8在次掃描方向中光點直徑ρ的值滿足30≤ρ≤100(μm)。
考慮包含在LBP或數(shù)字復(fù)印機中的光源元件1的振蕩波長，從光源元件1發(fā)射的光束的振蕩波長λ的值能滿足380≤λ≤820(nm)，這包括紅外光(780nm)，可見光(670nm)，藍光(405nm)等。
表1示出第一實施例中的光學(xué)設(shè)計參數(shù)。參見表1，“No.”表示表面編號，“Ry”表示主掃描方向中的曲率半徑(mm)，“Rz”表示次掃描方向中的曲率半徑(mm)，“Asph.”表示非球面系數(shù)，“D”表示表面間隔(mm)，“玻璃”表示材料的類型，以及“N”表示折射率。
光闌3具有橢圓形的單個的孔徑?？讖降某叽缭谥鲯呙璺较驗?.4mm寬，在次掃描方向為0.8mm寬。
由玻璃制成的準(zhǔn)直透鏡2的入射表面是平表面，而其出射表面是旋轉(zhuǎn)對稱的非球面。
準(zhǔn)直透鏡2的出射表面的形狀由以下定義X=h2R1+1-(1+k)(hk)2]]>......公式1這里X是準(zhǔn)直透鏡2的光軸方向，而h是徑向。
柱面透鏡4在主掃描方向的入射表面是不具有光焦度(un-powered)的(平坦的)，在次掃描方向是非球面(非圓形)的并具有正的光焦度。
由玻璃制成的柱面透鏡4的出射表面形狀按以下定義X=Z2R1+1-(1+kz)(ZR)2]]>......公式2這里x是光軸方向，而Z是次掃描方向。
表1光學(xué)配置
光源
傾斜角度(度)
其它
光學(xué)配置
非球面系數(shù)
成像光學(xué)元件6的入射表面的形狀定義如下X=Y2R1+1-(1+k)(YR)2+B4×Y4+B6×Y6+B8×Y8+B10×Y10]]>......公式3這里X是光軸方向，Y是主掃描方向，R是在主掃描方向中沿光軸的曲率半徑，k，B4，B6，B8及B10是非球面系數(shù)。
成像光學(xué)元件6的出射表面6b的形狀定義如下X=Y2R1+1-(1+k)(YR)2+ΣΣEij×YiZj]]>......公式4其中X是光軸方向，Y是主掃描方向，Z是次掃描方向，R是在主掃描方向中沿光軸的曲率半徑，k和Eij是非球面系數(shù)。
如表1所示，由塑料制成的成像光學(xué)元件6的入射表面6a在主掃描截面中的形狀是非球面(非圓形)的，在次掃描截面中的形狀是平坦(線性)的，并且只在主掃描方向是具有光焦度(折光力)的柱面。由塑料制成的成像光學(xué)元件6的出射表面6b在主掃描截面中的形狀(母線方向)是圓形的，在次掃描截面中的形狀(在垂直于母線的方向)是非圓形的，并且是一個自由形態(tài)表面，其中曲率半徑和非球面區(qū)域沿主掃描方向(母線方向)隨著與光軸的距離而連續(xù)變化。
此外，由塑料制成的成像光學(xué)元件6的主掃描截面中的非球面的非球面形狀在曲率變化中沒有拐點。
現(xiàn)在將詳細(xì)說明出射表面6b的形狀。
出射表面6b在次掃描截面中的形狀(在垂直于母線的方向)整體上是非圓形(非球面)的。出射表面6b的曲率半徑的絕對值隨著沿主掃描方向與光軸的距離而增加。出射表面6b的非球面區(qū)域也沿主掃描方向隨著與光軸的距離而增加。垂直于母線方向中的曲率半徑以非對稱方式，在成像光學(xué)系統(tǒng)光軸的兩端以及在主掃描方向的左側(cè)和右側(cè)發(fā)生變化。
使用上述形狀的出射表面6b，感光鼓8k，8c，8m和8y上的照射位置，比在次掃描方向中由光偏轉(zhuǎn)器偏轉(zhuǎn)的光束到達成像光學(xué)元件6的入射表面6a及出射表面6b的位置更靠近光軸。因而，通過使照射位置對準(zhǔn)圖像高度，掃描線的曲率能夠被校正到有效的程度。
雖然透鏡的形狀如以上所定義，但本發(fā)明不限于上述定義。
圖11示出本實施例的掃描光學(xué)裝置的光學(xué)特性(即，主掃描方向中的像場彎曲，次掃描方向中的像場彎曲，失真，以及照射位置)。圖11示出對于每一光束保證基本沒有問題的光學(xué)特性。
在第一實施例中，從光源元件1的四個發(fā)光部件發(fā)射的光束的振蕩波長λ為0.78μm(紅外光)，成像光學(xué)元件6在次掃描方向的橫向放大率βso為2.36，被掃描表面8上次掃描方向中的光點直徑ρ為70μm，角度差θs必須滿足按弧度計的θs＞0.043或按度數(shù)計的θs＞2.47。如表1所示，第一實施例中，四個光束對于正交于光偏轉(zhuǎn)器5旋轉(zhuǎn)軸的平面的角度為±8.25°及±2.68°，而次掃描方向中在同一偏轉(zhuǎn)面上偏轉(zhuǎn)的相鄰光束(即，11y和11m，11m和11c，11c和11k)之間的角度差θs設(shè)置在落入5.36°到5.57°的范圍內(nèi)。這些角度足以進行角度分離。
現(xiàn)在將說明第一實施例的分離光學(xué)系統(tǒng)。如圖3所示，第一實施例中，第一和第二反射鏡71k，71y，71m，71c，72k，72y和72m用作為構(gòu)成分離光學(xué)系統(tǒng)的分離光學(xué)元件。在由成像光學(xué)元件6折射之后，多個光束由第一和第二反射鏡71k，71y，71m，71c，72k，72y和72m在不同點偏轉(zhuǎn)。雖然第一和第二反射鏡71k，71y，71m，71c，72k，72y和72m提供了最簡單且最廉價的分離光束的方法，但使用能夠降低多個光束的主光線之間的角度的反射棱鏡，提供了與第一和第二反射鏡71k，71y，71m，71c，72k，72y和72m類似的效果。
第一實施例中的第一與第二反射鏡71k，71y，71m，71c，72k，72y和72m是平面鏡。
雖然第一實施例的分離光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)成使得每一光束對應(yīng)于反射鏡71c、反射鏡對(71k和72k)、(71y和72y)、(71m和72m)中之一，但分離光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不限于此。
例如，分離光學(xué)系統(tǒng)可這樣構(gòu)成，即，使得每一光束對應(yīng)于單個的反射鏡，或每一光束對應(yīng)于兩個或更多個反射鏡。
以下將說明第一實施例的成像光學(xué)元件6。本實施例中，由于光束由角度分離方法分離，從光偏轉(zhuǎn)器5發(fā)射的光束以在次掃描方向變化的大角度進入成像光學(xué)元件6，并且必須同時對這種變化角度的光束施加像差校正。
圖4示出根據(jù)第一實施例的掃描光學(xué)裝置，從光偏轉(zhuǎn)器到被掃描表面8的一個次掃描截面。除了省略了圖3所示的分離光學(xué)系統(tǒng)之外，圖4與圖3等同。如圖4所示，由于多個光束由第一實施例的角度分離方法分離，光偏轉(zhuǎn)器5的偏轉(zhuǎn)面5a上的四個光束51k，51c，51m和51y，以及被掃描表面8上的四個光束81k，81c，81m和81y彼此靠近。偏轉(zhuǎn)面5a與被掃描表面8中每一個上的四個光束的間隔小于或等于100μm，這比成像光學(xué)元件6的焦距小得多。因而，如果這兩個位置的每一個上的四個光束作為單個點處理，在光學(xué)上是沒有問題的。
這種情形下，光束從近似的一個點發(fā)散并會聚到另一個點而形成圖像。為了同時校正角度變化的多個光束的像差，必須在主掃描方向中的每一位置，在四個光束通過的范圍內(nèi)，在次掃描方向中校正成像光學(xué)元件6的球面像差。
因而在第一實施例中，成像光學(xué)元件6的出射表面6b在次掃描方向是非圓形的，且次掃描方向中的該非圓形表面區(qū)域在主掃描方向沿軸是變化的。這允許在次掃描方向中于每一掃描位置(每一圖像高度)校正球面像差。即使次掃描方向中的入射角大，也可校正多個光束在次掃描方向中的像場彎曲，以及多個光束的掃描線曲率。使用成像光學(xué)元件6的簡單結(jié)構(gòu)能夠克服上述角度分離方法的問題。
第一實施例的成像光學(xué)系統(tǒng)由單透鏡組成。然而，即使成像光學(xué)系統(tǒng)由多個成像光學(xué)元件組成，并且即使次掃描方向中的入射角大，仍然能夠校正多個光束在次掃描方向中的像場彎曲，以及該多個光束的掃描線曲率。
例如，成像光學(xué)系統(tǒng)可具有一種結(jié)構(gòu)，其中四個光束通過其的共享的第一成像透鏡設(shè)置成與光偏轉(zhuǎn)器5相鄰，同時用于各光束的四個第二成像透鏡設(shè)置成與被掃描表面8相鄰。
以下將說明第一實施例的光源元件1。如上所述，本實施例的光源元件1是一種具有四個彼此相鄰的發(fā)光部件的Vcsel。
因為光在正交于半導(dǎo)體基片的方向上發(fā)射的這一結(jié)構(gòu)，Vcsel的特征在于，它與已知的端面發(fā)射的半導(dǎo)體激光器的情形相比，增加發(fā)光部件的數(shù)目、實現(xiàn)二維并行集成、以及定義發(fā)光部件的布局要容易得多。
因而，與已知的端面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的情形相比，Vcsel更適合于分離來自單個光源元件的若干光束。Vcsel還能夠這樣構(gòu)成，使得來自八個發(fā)光部件的光束被引向四個感光鼓8k，8c，8m和8y，其中兩個光束用于每一感光鼓，或使得來自16個發(fā)光部件的光束被引向四個感光鼓8k，8c，8m和8y，其中四個光束用于每一感光鼓。
因而，希望光源元件1中發(fā)光部件的數(shù)目是感光鼓數(shù)目的整數(shù)倍。
以下將說明第一實施例的入射光學(xué)系統(tǒng)(即，從光源元件1延伸到光偏轉(zhuǎn)器5的光學(xué)系統(tǒng))。圖5A和圖5B的每一個表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例，從掃描光學(xué)裝置的光源元件1延伸到光偏轉(zhuǎn)器5的一個次掃描截面。圖5A只示出四個光束的主光線。圖5B示出四個主光線中之一和邊緣光線。從單個的光源元件1發(fā)射的四個光束由準(zhǔn)直透鏡2準(zhǔn)直，并進入緊接著準(zhǔn)直透鏡2設(shè)置的光闌3。四個光束的主光線在光闌3的孔徑中的同一點處彼此相交。
多個光束的每一個的主光線的出射角由與每一個發(fā)光部件的光軸的間隔以及由光闌3的位置來定義。為了增加在次掃描方向從光源元件1的出射角，希望光闌3與其對光偏轉(zhuǎn)器5的位置相比更靠近光源元件1。
來自光闌3的多個光束由柱面透鏡4折射朝向光闌3的共軛點，所述共軛點位于光偏轉(zhuǎn)器5之后。為了在次掃描方向增加進入光偏轉(zhuǎn)器5的同一偏轉(zhuǎn)面5a的多個光束的每一個的主光線的入射角(換言之，為了增加相對于正交于光偏轉(zhuǎn)器5的旋轉(zhuǎn)軸的平面的角度)，需要使通過柱面透鏡4在次掃描截面中于光闌3與其共軛點之間進行的成像形成一個縮小的圖像(|βsi|≤1)。
因而，如果在次掃描方向中光闌3與其共軛點之間柱面透鏡4的橫向放大率的絕對值滿足|βsi|≤1，則能夠在次掃描截面中增加來自光源元件1的多個光束的主光線的出射角。
換言之，在次掃描方向，進入偏轉(zhuǎn)面5a的光束的主光線的入射角定義為是在次掃描截面中由光偏轉(zhuǎn)器5的偏轉(zhuǎn)面5a的法線與光束的主光線所形成的角度。
這種情形下，希望在次掃描方向中光闌3與其共軛點之間柱面透鏡4的橫向放大率βsi滿足條件1/20＜|βsi|＜1/3。
這一條件等價于3＜|θp/θa|＜20，其中θa是來自光闌3的光束的主光線相對于柱面透鏡4的光軸在次掃描方向中的傾角，而θp是進入光偏轉(zhuǎn)器5的光束的主光線在次掃描方向中的傾角。
如果超過這一條件的上限，則難以添加入射光學(xué)系統(tǒng)，因為光闌3與柱面透鏡4之間增加的距離降低了柱面透鏡4與光偏轉(zhuǎn)器5的偏轉(zhuǎn)面5a之間的距離。如果低于這一條件的下限，則不能保證對于多個光束的分離所必須的分離角度。
最好還滿足條件1/15＜|βsi|＜1/8。
第一實施例中，如表1所示，從在光源元件1的底部的發(fā)光部件發(fā)射的光束的主光線在次掃描方向中相對于柱面透鏡4的光軸的傾角θa設(shè)置為0.77°，而進入光偏轉(zhuǎn)器5的光束的主光線在次掃描方向中的傾角θp設(shè)置為-8.25°。這給出|θp/θa|＝10.7，這不僅允許安裝入射光學(xué)系統(tǒng)(包括準(zhǔn)直透鏡2，光闌3和柱面透鏡4)，而且還允許多個光束在光偏轉(zhuǎn)器5之后的位置分離。雖然在次掃描方向其它三個光束的入射角是變化的，但|θp/θa|的值相同。
至于第一實施例的入射光學(xué)系統(tǒng)的尺寸，由于柱面透鏡4上多個光束的主光線之間的間隔大到5.6mm，柱面透鏡4必須具有對應(yīng)于這一間隔的外徑。然而，這一尺寸小于已知的光學(xué)系統(tǒng)的尺寸，在已知的光學(xué)系統(tǒng)中，多個光束的主光線在次掃描截面中相對于正交于偏轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)軸的平面(主掃描截面)是平行的(即，已知的光學(xué)系統(tǒng)中，多個光束的主光線在次掃描截面中以直角進入光偏轉(zhuǎn)器的偏轉(zhuǎn)面)。此外，易于調(diào)節(jié)柱面透鏡4的尺寸以適應(yīng)這一間隔，因為其能夠由塑料制成。
由于光束(它們在技術(shù)上是間隔開的)于最好由玻璃制成的準(zhǔn)直透鏡2上以及在最好由金屬制成的光偏轉(zhuǎn)器5上在空間上幾乎彼此重疊，所以準(zhǔn)直透鏡2和光偏轉(zhuǎn)器5的尺寸可與已知類型的相同。
因而，第一實施例的入射光學(xué)系統(tǒng)具有勝過已知的光學(xué)系統(tǒng)的若干重要優(yōu)點，在已知光學(xué)系統(tǒng)中，多個光束的主光線在次掃描截面中相對于正交于光偏轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)軸的平面(主掃描截面)是平行的(即，已知的光學(xué)系統(tǒng)中，多個光束的主光線在次掃描截面中以直角進入光偏轉(zhuǎn)器的偏轉(zhuǎn)面)，并且由于使用就處理來說相對昂貴的光學(xué)元件，因而其尺寸很大。
第一實施例中，通過柱面透鏡4在次掃描截面中于光闌3與其共軛點(位于偏轉(zhuǎn)面5a之后)之間進行成像，形成縮小的圖像(1/20＜|βsi|＜1/3)。因而，使用入射光學(xué)系統(tǒng)的簡單結(jié)構(gòu)，且無須增加整個設(shè)備的尺寸和成本，就能夠保證在次掃描方向中的角度差，這是為了在光偏轉(zhuǎn)器5上分離從多個相鄰發(fā)光部件發(fā)射的多個光束所必須的。
第一修改型第一實施例中，單個的f-θ透鏡用作為構(gòu)成成像光學(xué)系統(tǒng)的成像光學(xué)元件。然而，本發(fā)明不限于此，可使用兩個或更多個f-θ透鏡替代單個f-θ透鏡。成像光學(xué)元件甚至可以是衍射光學(xué)元件或曲面反射鏡以代替透鏡。
雖然在第一實施例中使用了未充滿的光學(xué)系統(tǒng)，但可替代地使用一種過充滿的(over-filled)光學(xué)系統(tǒng)，其中入射到偏轉(zhuǎn)面上的光束在主掃描方向上的寬度大于偏轉(zhuǎn)面在主掃描方向上的寬度。
代替在第一實施例中使用的平面鏡，可使用曲面反射鏡作為構(gòu)成分離光學(xué)系統(tǒng)的分離光學(xué)元件。這種情形下，對曲面反射鏡添加了成像能力。
第一實施例的光源元件1是在單個基片上具有多個發(fā)光部件的Vcsel(整體式多半導(dǎo)體激光器)。然而，本發(fā)明的光源可以是這樣的多個端面發(fā)射半導(dǎo)體激光器以微小間隔(間隔為500μm或更小)配置，每一個所述的激光器具有多個發(fā)光部件。
例如，代替第一實施例中的Vcsel，可使用一種光源，其中兩個端面發(fā)射半導(dǎo)體激光器以微小間隔(間隔為500μm或更小)配置，每一個所述的激光器具有兩個發(fā)光部件。
第二實施例圖7示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的掃描光學(xué)裝置的主掃描截面。圖8示出在根據(jù)本發(fā)明第二實施例的掃描光學(xué)裝置中的一個次掃描截面，其從光源元件1延伸到光偏轉(zhuǎn)器5。第二實施例基本上與第一實施例相同，所不同之處在于，光源元件1具有發(fā)光部件的二維陣列，并且一個凹透鏡添加到入射光學(xué)系統(tǒng)。
第二實施例的光源元件1也是Vcsel。如圖10中所示，光源元件1具有一個二維陣列，該陣列包括排列成兩列(對應(yīng)于主掃描方向)四行(對應(yīng)于次掃描方向)的八個發(fā)光部件1k-1，1k-2，1m-1，1m-2，1c-1，1c-2，1y-1和1y-2。
本實施例中使用的Vcsel(具有間隔為500μm或更小的發(fā)光部件)是整體式多半導(dǎo)體激光器。
整體式多半導(dǎo)體激光器是在同一基片上配備有多個發(fā)光部件的激光器。
如圖10所示，本實施例中的發(fā)光部件陣列是一個二維陣列，其中連接行方向(對應(yīng)于次掃描方向)中的發(fā)光部件的線段不與連接列方向(對應(yīng)于主掃描方向)中的發(fā)光部件的線段相交。然而，可使用這樣的光源元件1，其具有這種線段以直角相交的發(fā)光部件的陣列，并使其圍繞發(fā)光部件的基片的法線轉(zhuǎn)動。
從光源元件1發(fā)射的八個光束由準(zhǔn)直透鏡2準(zhǔn)直，并進入緊接著準(zhǔn)直透鏡2配置的光闌3。八個光束的主光線在光闌3的孔徑的位置處彼此相交。圖7為了簡單只示出單個光束，而其它光束沒有示出。
圖8只示出在次掃描方向被分離的四個光束12k-1，12m-1，12c-1和12y-1，而其它四個光束12k-2，12m-2，12c-2和12y-2未示出，因為它們重疊在所示的四個光束上。
來自光闌3的多個光束只在次掃描方向中由具有負(fù)光焦度的柱面透鏡41折射，并且只在次掃描方向中由具有正光焦度的柱面透鏡42朝向位于光偏轉(zhuǎn)器5之后的光闌3的共軛點折射。如在第一實施例的情形中那樣，為了增加進入光偏轉(zhuǎn)器5的同一偏轉(zhuǎn)面的多個光束的每一個的主光線在次掃描方向的入射角(換言之，為了增加相對于正交于光偏轉(zhuǎn)器5的旋轉(zhuǎn)軸的平面的角度)，有必要使得通過柱面透鏡41和42在次掃描截面中于光闌3及其共軛點之間進行的成像形成一個縮小的圖像。
因而，如果在次掃描方向，于光闌3及其共軛點之間柱面透鏡41和42的橫向放大率的絕對值滿足|βsi|≤1，則能夠增加在次掃描截面中來自光源元件1的多個光束主光線的出射角。
特別地，在第二實施例中，由于只在次掃描方向具有負(fù)光焦度的柱面透鏡41被設(shè)置于光闌3與只在次掃描方向具有正光焦度的柱面透鏡42之間，以提供一對負(fù)和正柱面透鏡，由這兩個柱面透鏡定義的主平面的位置可在次掃描方向中朝向光偏轉(zhuǎn)器5偏移。這在光闌3與柱面透鏡42之間不留有很大距離的情況下保持了橫向放大率較低，就是說，在次掃描方向增加了進入光偏轉(zhuǎn)器5的同一偏轉(zhuǎn)面的多個光束的每一個的主光線的入射角。
換言之，在次掃描方向，進入偏轉(zhuǎn)面的光束的主光線的入射角被定義為是由光偏轉(zhuǎn)器5的偏轉(zhuǎn)面的法線和光束的主光線形成的角。
表2示出第二實施例中的光學(xué)設(shè)計參數(shù)。參見表2，“No.”表示表面編號，“Ry”表示主掃描方向中的曲率半徑(mm)，“Rz”表示次掃描方向中的曲率半徑(mm)，“Asph.”表示非球面系數(shù)，“D”表示表面間隔(mm)，“玻璃”表示材料類型，以及“N”表示折射率。
由玻璃制成的準(zhǔn)直透鏡2的入射表面是一個平表面，而其出射表面是一個旋轉(zhuǎn)對稱非球面。
光闌3是橢圓形的。光闌3具有一個孔徑，該孔徑的尺寸在主掃描方向為3.4mm寬，在次掃描方向為0.8mm寬。
柱面透鏡41的入射表面在主掃描方向是無光焦度(平坦)的，在次掃描方向是非球面(非圓形)的并具有負(fù)光焦度。
柱面透鏡42的入射表面在主掃描方向是無光焦度(平坦)的，在次掃描方向是非球面(非圓形)的并具有正光焦度。
準(zhǔn)直透鏡2，柱面透鏡41和柱面透鏡42的形狀由與第一實施例中相同的公式定義。
表2光學(xué)配置
光源
傾斜角度(度)
其它
配置在光偏轉(zhuǎn)器5之后的成像光學(xué)元件(f-θ透鏡)6和分離光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和配置與第一實施例的相同?；谶@樣的結(jié)構(gòu)和配置的光學(xué)特性也與第一實施例的相同。
類似于第一實施例，希望光闌3及其共軛點之間在次掃描方向上柱面透鏡41和42的橫向放大率滿足條件1/20＜|βsi|＜1/3。
這一條件等價于3＜|θp/θa|＜20，其中θa是來自光闌3的光束的主光線相對于柱面透鏡42的光軸在次掃描方向中的傾角，而θp是進入光偏轉(zhuǎn)器5的光束的主光線在次掃描方向中的傾角。
如果超過這一條件的上限，則難以添加入射光學(xué)系統(tǒng)，因為光闌3與柱面透鏡42之間增加的距離降低了柱面透鏡42與偏轉(zhuǎn)面5a之間的距離。如果低于這一條件的下限，則不能保證對于多個光束分離所必須的分離角度。
最好滿足條件1/20＜|βsi|＜1/3。
第二實施例中，如表2所示，從在光源元件1的底部的發(fā)光部件發(fā)射的光束的主光線在次掃描方向中相對于柱面透鏡42的光軸的傾角θa設(shè)置為0.81°，而進入光偏轉(zhuǎn)器5的光束的主光線在次掃描方向中的傾角θp設(shè)置為-8.65°。這給出|θp/θa|＝10.6，這不僅允許安裝入射光學(xué)系統(tǒng)，而且還允許在光偏轉(zhuǎn)器5之后設(shè)置的成像光學(xué)元件6與被掃描表面8之間的光路中，多個光束的空間分離。
如圖2所示，為了防止相鄰光束在次掃描截面中彼此重疊，在同一偏轉(zhuǎn)面上被偏轉(zhuǎn)并被引向不同感光鼓的相鄰光束的主光線之間的角度θs必須滿足條件(按弧度計)θs＞(1.64×λ×|βso|)/ρ或θs＞2.47(按度數(shù)計)。類似于第一實施例，在次掃描方向于同一偏轉(zhuǎn)面上被偏轉(zhuǎn)的相鄰光束之間的角度差θs設(shè)置為落入5.15°到5.64°的范圍內(nèi)。就是說，給出足以使多個光束在次掃描方向上進行角度分離的角度。
由于光偏轉(zhuǎn)器5的偏轉(zhuǎn)面5a是平坦的，所以θs與θp相等。
如圖7所示，第二實施例的成像光學(xué)系統(tǒng)由單個成像光學(xué)元件6組成。
成像光學(xué)元件6用作為歪斜校正系統(tǒng)，用于校正光偏轉(zhuǎn)器5的偏轉(zhuǎn)面5a的歪斜。成像光學(xué)元件6允許在偏轉(zhuǎn)面5a上的偏轉(zhuǎn)點與被掃描表面8上的成像點之間具有共軛關(guān)系。
來自光偏轉(zhuǎn)器5的八個光束通過共享的成像光學(xué)元件6，進入用作為分離光學(xué)元件的七個反射鏡71k，71y，71m，71c，72k，72y和72m，其中每一個反射鏡中兩個光束，并被引向感光鼓8k，8c，8m和8y的四個相應(yīng)的面，其中每一個感光鼓中兩個光束。這樣，在單個被掃描表面8上進行多光束掃描。
第二實施例的分離光學(xué)系統(tǒng)由用作為分離光學(xué)元件的七個反射鏡71k，71y，71m，71c，72k，72y和72m組成。
第二實施例中使用的成像光學(xué)系統(tǒng)與第一實施例中使用的相同，并示于圖3。
這樣，第二實施例中類似于第一實施例，使用結(jié)構(gòu)簡單的入射光學(xué)系統(tǒng)，能夠保證在次掃描方向中于光偏轉(zhuǎn)器5上分離來自多個相鄰發(fā)光部件的多個光束所需的角度差，而無須增加整個設(shè)備的尺寸和成本。
這樣，來自單個光源元件1的多個光束由共享的入射光學(xué)系統(tǒng)導(dǎo)向到光偏轉(zhuǎn)器5，由光偏轉(zhuǎn)器5的同一偏轉(zhuǎn)面5a偏轉(zhuǎn)，并由分離光學(xué)元件所組成的分離光學(xué)系統(tǒng)引向?qū)?yīng)于各顏色的不同的感光鼓。這樣，實現(xiàn)了一種尺寸小、成本低的掃描光學(xué)裝置和彩色成像設(shè)備。
第二實施例的特征尤其在于，使用Vcsel的二維陣列的發(fā)光部件作為光源元件1，能夠使多個光束同時被引向感光鼓8k，8c，8m和8y的每一個的各自的表面，并在于，使用在次掃描方向具有負(fù)光焦度的柱面透鏡41進一步降低了入射光學(xué)系統(tǒng)的尺寸。這進一步降低了掃描光學(xué)裝置和彩色成像設(shè)備的尺寸，并增加了其掃描速度。
第二實施例中，通過柱面透鏡41和42在次掃描截面中于光闌3與其共軛點(位于偏轉(zhuǎn)面5a之后)之間進行成像，形成了縮小的圖像(1/20＜|βsi|＜1/3)。因而，使用入射光學(xué)系統(tǒng)的簡單結(jié)構(gòu)，且無須增加整個設(shè)備的尺寸和成本，就能夠保證次掃描方向中的角度差，這一角度差是為在光偏轉(zhuǎn)器5上分離從多個相鄰發(fā)光部件發(fā)射的光束所必須的。
第二修改型第二實施例中，單個的f-θ透鏡用作為構(gòu)成成像光學(xué)系統(tǒng)的成像光學(xué)元件。然而本發(fā)明不限于此，可使用兩個或更多個f-θ透鏡替代單個的f-θ透鏡。成像光學(xué)元件甚至可以是衍射光學(xué)元件或曲面反射鏡以替代透鏡。
雖然在第二實施例中使用了未充滿的光學(xué)系統(tǒng)，但作為替換，可以使用過充滿的光學(xué)系統(tǒng)，其中入射在偏轉(zhuǎn)面上的光束在主掃描方向中的寬度大于偏轉(zhuǎn)面在主掃描方向中的寬度。
替代在第二實施例中使用的平面鏡，可使用曲面反射鏡作為構(gòu)成分離光學(xué)系統(tǒng)的分離光學(xué)元件。這種情形下，向曲面反射鏡添加了成像能力。
第二實施例中的光源元件1是在單個基片上具有多個發(fā)光部件的Vcsel(整體式多半導(dǎo)體激光器)。然而，本發(fā)明的光源可以是其中多個端面發(fā)射半導(dǎo)體激光器以微小間隔(500μm或更小)配置的光源，每一個所述的激光器具有多個發(fā)光部件。
例如，在第二實施例中代替Vcsel，可使用這樣一種光源，其中以微小間隔(500μm或更小)配置兩個端面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，每一個所述的激光器具有四個發(fā)光部件。
第三實施例圖6示出本發(fā)明的一個彩色成像設(shè)備160的基本部件。參見圖6。彩色成像設(shè)備160包括掃描光學(xué)裝置110，其具有第一和/或第二實施例的各自的結(jié)構(gòu)，感光鼓121，122，123和124，每一個用作為圖像載體，顯影單元131，132，133和134，及傳送帶151。
圖6中，紅色(R)，綠色(G)和藍色(B)信號從外部裝置152，諸如個人計算機，輸入到彩色成像設(shè)備160。這些圖像信號由彩色成像設(shè)備160中的打印機控制器153轉(zhuǎn)換為青色(C)，品紅(M)，黃色(Y)和黑色(B)的各圖像數(shù)據(jù)(點數(shù)據(jù))，這些數(shù)據(jù)被輸入到掃描光學(xué)裝置110。根據(jù)各圖像數(shù)據(jù)調(diào)制的光束141，142，143和144從光學(xué)掃描裝置110發(fā)射。在主掃描方向中利用這些光束掃描感光鼓121，122，123和124。
如上所述，本實施例的彩色成像設(shè)備使用基于來自掃描光學(xué)裝置110的各圖像數(shù)據(jù)的四個光束，在感光鼓121，122，123和124的對應(yīng)的表面上形成各種顏色的潛像，然后通過潛像的多次轉(zhuǎn)印在記錄介質(zhì)上生成單個全色圖像。
例如，可使用包括電荷耦合器件(CCD)傳感器的彩色圖像讀取設(shè)備作為外部裝置152。這種情形下，彩色圖像讀取設(shè)備和彩色成像設(shè)備160一起構(gòu)成彩色數(shù)字復(fù)印機。
本實施例中，只使用帶有已知組件(諸如準(zhǔn)直透鏡2，光闌3和柱面透鏡4)的入射光學(xué)系統(tǒng)，就能夠給出在光偏轉(zhuǎn)器5上分離來自相鄰發(fā)光部件的多個光束所需的角度差，而無須增加整個設(shè)備的尺寸和成本。這提供了一種光學(xué)系統(tǒng)，其中來自單個光源元件1的多個光束由共享的入射光學(xué)系統(tǒng)導(dǎo)向到光偏轉(zhuǎn)器5，由光偏轉(zhuǎn)器5偏轉(zhuǎn)，并由包括反射鏡的分離光學(xué)系統(tǒng)引向?qū)?yīng)于各顏色的感光鼓，從而實現(xiàn)了一種尺寸小、成本低的掃描光學(xué)裝置和成像設(shè)備。
雖然對本發(fā)明已參照示例性實施例進行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所公開的示例性實施例。以下權(quán)利要求的范圍符合最廣的解釋，以涵蓋所有的修改型，等同物結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種掃描光學(xué)裝置，包括具有多個發(fā)光部件的整體式多激光器；光偏轉(zhuǎn)器，其被配置為在同一偏轉(zhuǎn)面偏轉(zhuǎn)從該多個發(fā)光部件發(fā)射的所有多個光束；入射光學(xué)系統(tǒng)，其設(shè)置于該整體式多激光器與該光偏轉(zhuǎn)器之間的光路中，并被配置為使得所有多個光束的主光線在次掃描截面以不同角度進入該光偏轉(zhuǎn)器的該同一偏轉(zhuǎn)面；分離光學(xué)系統(tǒng)，其被配置為使得在該光偏轉(zhuǎn)器的該同一偏轉(zhuǎn)面上被偏轉(zhuǎn)的多個光束引向待被掃描的不同表面；以及成像光學(xué)系統(tǒng)，其被配置為使得在該同一偏轉(zhuǎn)面上被偏轉(zhuǎn)的該多個光束在待被掃描的不同表面上形成圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的掃描光學(xué)裝置，還包括光闌，其被設(shè)置于整體式多激光器與光偏轉(zhuǎn)器之間的光路中，其中入射光系統(tǒng)被配置為使得從該多個發(fā)光部件發(fā)射的所有多個光束通過該光闌的同一孔徑。
3.一種掃描光學(xué)裝置，包括光源裝置，其具有多個發(fā)光部件；光闌；光偏轉(zhuǎn)器，其被配置為在同一偏轉(zhuǎn)面上偏轉(zhuǎn)從該多個發(fā)光部件發(fā)射的所有多個光束；入射光學(xué)系統(tǒng)，其被設(shè)置于該光闌與該光偏轉(zhuǎn)器之間的光路中，該入射光學(xué)系統(tǒng)被配置為使得從該多個發(fā)光部件發(fā)射的所有多個光束通過該光闌的同一孔徑，并被配置為使得所有多個光束的主光線在次掃描截面以不同角度進入該光偏轉(zhuǎn)器的該同一偏轉(zhuǎn)面；分離光學(xué)系統(tǒng)，其被配置為把在該光偏轉(zhuǎn)器的該同一偏轉(zhuǎn)面上被偏轉(zhuǎn)的多個光束引向待被掃描的不同表面；以及成像光學(xué)系統(tǒng)，其被配置為使得在該同一偏轉(zhuǎn)面上被偏轉(zhuǎn)的該多個光束在待被掃描的不同表面上形成圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的掃描光學(xué)裝置，其中該光源裝置具有這樣一種結(jié)構(gòu)，其中多個整體式多激光器被間隔開，每一個激光器具有多個發(fā)光部件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3的掃描光學(xué)裝置，其中在次掃描方向中，入射到光偏轉(zhuǎn)器的同一偏轉(zhuǎn)面上以及從該同一偏轉(zhuǎn)面偏轉(zhuǎn)到待被掃描的不同表面上的多個光束的相鄰光束的主光線之間按弧度計的角度差θs滿足θs＞(1.64×λ×|βso|)/ρ其中λ是光束的振蕩波長，βso是成像光學(xué)系統(tǒng)在次掃描方向中的橫向放大率，以及ρ是在待被掃描表面上次掃描方向中的光點直徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的掃描光學(xué)裝置，其中該整體式多激光器是一種具有四個或更多發(fā)光部件的表面發(fā)射激光器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的掃描光學(xué)裝置，其中該整體式多激光器的發(fā)光部件的數(shù)目為待被掃描表面的數(shù)目的“n”倍，其中“n”是等于或大于二的整數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或3的掃描光學(xué)裝置，其中成像光學(xué)系統(tǒng)包括成像透鏡，在光偏轉(zhuǎn)器的同一偏轉(zhuǎn)面上偏轉(zhuǎn)的所有多個光束通過該透鏡。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或3的掃描光學(xué)裝置，其中分離光學(xué)系統(tǒng)由若干反射鏡構(gòu)成，所述反射鏡用于在光偏轉(zhuǎn)器的同一偏轉(zhuǎn)面上偏轉(zhuǎn)的多個光束的每一個。
10.根據(jù)權(quán)利要求2或3的掃描光學(xué)裝置，其中入射光學(xué)系統(tǒng)在次掃描方向中于光闌與其共軛點之間的橫向放大率βsi的絕對值滿足|βsi|≤1。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的掃描光學(xué)裝置，其中設(shè)置于光闌與光偏轉(zhuǎn)器之間的光路中的光學(xué)系統(tǒng)在次掃描方向中于光闌與其共軛點之間的橫向放大率βsi滿足1/20＜|βsi|＜1/3。
12.根據(jù)權(quán)利要求2的掃描光學(xué)裝置，其中在從整體式多激光器到光偏轉(zhuǎn)器的光路中，光闌被設(shè)置成該光闌與該整體式多激光器之間比該光闌與該光偏轉(zhuǎn)器之間更靠近。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或3的掃描光學(xué)裝置，其中待被掃描的不同表面位于不同的圖像載體上。
14.一種彩色成像設(shè)備，包括根據(jù)權(quán)利要求1或3的掃描光學(xué)裝置；對應(yīng)于各多個待被掃描表面的多個感光部件；多個顯影單元，其對應(yīng)于各多個感光部件，并被配置為把靜電潛像顯影為調(diào)色劑圖像，借助于該掃描光學(xué)裝置通過以光束掃描在各感光部件上形成這些潛像；多個轉(zhuǎn)印單元，它們對應(yīng)于各多個顯影單元，并被配置為向轉(zhuǎn)印介質(zhì)轉(zhuǎn)印已顯影的調(diào)色劑圖像；以及定影器，其被配置為熔凝已向轉(zhuǎn)印介質(zhì)轉(zhuǎn)印的調(diào)色劑圖像。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的彩色成像設(shè)備，還包括打印機控制器，其被配置為把從外部裝置輸入的代碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖像信號，并把該圖像信號輸入到掃描光學(xué)裝置。
16.一種彩色成像設(shè)備，包括多個根據(jù)權(quán)利要求1或3的掃描光學(xué)裝置；多個感光部件，它們對應(yīng)于待被掃描的各多個表面；多個顯影單元，它們對應(yīng)于各多個感光部件，并被配置為把靜電潛像顯影為調(diào)色劑圖像，借助于該多個掃描光學(xué)裝置通過以光束掃描在各感光部件上形成這些潛像；多個轉(zhuǎn)印單元，它們對應(yīng)于各多個顯影單元，并被配置為把已顯影的調(diào)色劑圖像轉(zhuǎn)印到轉(zhuǎn)印介質(zhì)；以及定影器，其被配置為把已轉(zhuǎn)印的調(diào)色劑圖像熔凝到轉(zhuǎn)印介質(zhì)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的彩色成像設(shè)備，還包括打印機控制器，其被配置為把從外部裝置輸入的代碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖像信號，并把該圖像信號輸入到該多個掃描光學(xué)裝置。
全文摘要
一種掃描光學(xué)裝置，包括入射光學(xué)系統(tǒng)，其使得從在同一基片上包括多個發(fā)光部件的光源元件發(fā)射的多個光束，在正交于主掃描截面的一個平面中以不同角度撞擊到光偏轉(zhuǎn)器的同一偏轉(zhuǎn)面上，并被偏轉(zhuǎn)，以在多個不同感光掃描面上形成潛像，從而實現(xiàn)一種尺寸小且廉價的掃描光學(xué)裝置及成像設(shè)備。
文檔編號G03G15/00GK1834724SQ200610059219
公開日2006年9月20日 申請日期2006年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月15日
發(fā)明者加藤學(xué) 申請人:佳能株式會社