專利名稱：激光掃描光學(xué)系統(tǒng)及圖像形成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光掃描光學(xué)系統(tǒng)、及使用了該光學(xué)系統(tǒng)的圖像形成裝置，更詳細地說，本發(fā)明涉及應(yīng)用于光掃描裝置的激光掃描光學(xué)系統(tǒng)，所述光掃描裝置用于例如數(shù)字復(fù)合機和打印機、傳真機等電子照相方式的圖像形成裝置中。
背景技術(shù)：
數(shù)字復(fù)印機、激光打印機、或傳真機等圖像形成裝置已經(jīng)普及。在這樣的圖像形成裝置中，使用具有掃描激光束的激光掃描光學(xué)系統(tǒng)的光掃描裝置。在用圖像形成裝置形成圖像的情況下，借助帶電裝置使作為圖像載體的感光體滾筒帶電后，借助光掃描裝置進行與圖像信息相對應(yīng)的寫入，在感光體滾筒上形成靜電潛像。然后，借助從顯影裝置供給的調(diào)色劑，使感光體滾筒上的靜電潛像顯影化。然后，通過轉(zhuǎn)印裝置將感光體上顯影化的調(diào)色劑像轉(zhuǎn)印到記錄紙上，進而通過定影裝置在記錄紙上定影，由此得到期望的圖像。
在使用了上述那樣的光掃描裝置的圖像形成裝置中，要求動作的高速化和信息處理的大容量化。為了實現(xiàn)這樣的要求，例如考慮采用增加多面反射鏡的旋轉(zhuǎn)速度或像素鐘頻率的方案。
此外，下述光掃描裝置也已實用化通過將多條激光束(多條光束)同時照射到感光體滾筒上并進行掃描，可同時對多條掃描線進行曝光，以使圖像形成速度提高。通過用多條光束同時寫入多條掃描線，能提高寫入速度。
目前，通常將上述那樣的多面反射鏡的旋轉(zhuǎn)速度和像素鐘頻率設(shè)定成接近極限值，事實上難以使該旋轉(zhuǎn)速度和像素鐘頻率進一步增大。
與此相對，上述那樣的借助多條光束對感光體同時照射多條激光束的方式，即便是高分辨率也能高速進行圖像形成，從而可靠性較高，特別是在高速型的圖像形成裝置中采用該方式。
在使用多條激光束同時對多條掃描線進行曝光的光學(xué)系統(tǒng)中，作為其激光發(fā)光源，使用具有多個發(fā)光點的多發(fā)光點型的激光二極管(LD)。例如在特開2003-69152號公報中，公開有多光束的LD元件的一例。在此，公開有下述方案在藍寶石基板上的既定高度上，與該藍寶石基板平行的四個活性區(qū)域以最小16μm的間距整齊排列。
另一方面，需要使感光體上的副掃描方向線間距與副掃描方向分辨率的整數(shù)倍一致。在使用上述那樣的多發(fā)光點型LD時，感光體上的副掃描方向線間距由LD的發(fā)光點的配置間距、和從LD到感光體在副掃描方向上的放大倍數(shù)唯一決定。
但是，從LD到感光體在副掃描方向上的放大倍數(shù)是由該光掃描裝置所具有的光學(xué)系統(tǒng)決定的，此外，LD的發(fā)光點的配置間距由半導(dǎo)體工藝決定。即，在如上所述那樣感光體上的副掃描方向的線間距與副掃描方向分辨率的整數(shù)倍一致時，由于光學(xué)系統(tǒng)中使用的元件和部件的規(guī)格及它們的配置結(jié)構(gòu)的制約、或所能得到的LD的規(guī)格等的制約，不一定能得到能充分滿足的結(jié)構(gòu)。
對于使感光體上的副掃描方向的線間距與副掃描方向分辨率的整數(shù)倍一致的要求，已知有下述方法使多發(fā)光點型的LD相對于主掃描面(即光主軸面)旋轉(zhuǎn)，設(shè)定成使LD的發(fā)光點的排列方向相對于主掃描面傾斜的狀態(tài)，由此將感光體上的副掃描方向的線間距設(shè)成期望的值。
例如，以目前通常的像素密度(分辨率)、即600dpi進行圖像形成時，其掃描線間隔(副掃描方向的線間距)D為42.3μm。在此，使用例如上述特開2003-69152號公報中記載的LD元件時，其發(fā)光點間隔最小也為16μm。因此，若使用該LD，則需要將掃描光學(xué)系統(tǒng)的副掃描放大倍數(shù)設(shè)定為42.3/16的整數(shù)倍，以便與掃描線間隔一致，這會產(chǎn)生下述問題，即，光學(xué)設(shè)計上存在較大制約。
在這樣的情況下，通過使LD元件相對于其主光軸面(主掃描面)旋轉(zhuǎn)角度θ，使表觀上的副掃描方向的發(fā)光點間距與上述必要的發(fā)光點間隔d一致。
作為用于光掃描裝置的掃描光學(xué)系統(tǒng)中的LD，通常從成本和輸出功率的觀點出發(fā)使用端面發(fā)光型LD。端面發(fā)光型LD從其構(gòu)造來說，發(fā)光輪廓為橢圓形。圖10示意性表示從為端面發(fā)光型且具有一個發(fā)光部121的激光二極管(LD)101發(fā)出的激光束122的發(fā)光輪廓。端面發(fā)光型的LD101，由于其像散的原因，射出相對于縱長的發(fā)光部121來說具有橫長的發(fā)光輪廓的激光束122。作為一例，激光從該LD101擴散的擴散角度，在橢圓輪廓的長圓方向上為30°，在短圓方向上為11°。
上述那樣的現(xiàn)象在上述那樣的多發(fā)光點型的LD中也同樣存在，多個發(fā)光束的輪廓為橢圓輪廓。圖11示意性表示從為端面發(fā)光型且具有兩個發(fā)光部121的激光二極管(LD)101發(fā)出的激光束122的發(fā)光輪廓。
使用上述那樣的多發(fā)光點型LD101，若為了使感光體上的線間距與期望的值一致而使該LD101相對于其光軸旋轉(zhuǎn)，則如圖11所示，其發(fā)光輪廓也同時旋轉(zhuǎn)。
在使用發(fā)光部為一個的單發(fā)光點LD的激光掃描光學(xué)系統(tǒng)中，通常，用準直透鏡將由LD發(fā)出的激光束轉(zhuǎn)換成大致平行光，然后借助窗孔進行光束整形，使其成為在主掃描方向上較長的形狀。
為了通過規(guī)定光束在主掃描方向上的寬度而確定感光體上的主掃描方向的光束直徑，而設(shè)置窗孔。在窗孔部，若減小光束的主掃描方向的寬度，則感光體上的主掃描方向光束直徑變大。
此時，為了減少窗孔的遮蔽，而以LD的橢圓輪廓的長軸為大致主掃描方向的方式配置LD。圖12示意性表示此時的窗孔和發(fā)光輪廓之間的關(guān)系。圖中，103是窗孔，122是具有橢圓形發(fā)光輪廓的激光束。
另一方面，在多發(fā)光點型的LD中，如上所述，其旋轉(zhuǎn)方向確定成，使得感光體上的副掃描方向的線間距與期望的值一致。
若進行LD的旋轉(zhuǎn)，則窗孔的長軸方向和LD的發(fā)光輪廓的長軸方向變得不一致。此時，有時會由于準直透鏡的焦距f，而產(chǎn)生光束寬度不足窗孔寬度的情況。
圖13示意性表示此時的一個激光束122和窗孔103之間的關(guān)系。
在這樣的情況下，通過增大準直透鏡的焦距f，能將窗孔位置處的主掃描方向上的光束寬度設(shè)定得比窗孔的縱長方向的寬度大。但是在這種情況下，與主掃描方向同時，副掃描方向的光束寬度也變大，所以窗孔的遮蔽也變大，通過窗孔的光束功率變小，即，發(fā)出的激光束的利用效率變差，發(fā)光能量的傳遞效率降低。
由此，為了確保感光體上的照射功率，需要大功率的LD，由此會有消耗能量的增加、因散熱而引起的不良影響的產(chǎn)生、以及高輸出LD特有的開關(guān)時間變慢等諸多問題。
此外，由于從窗孔射出的光束的功率與LD的旋轉(zhuǎn)角度相應(yīng)地變化，所以在例如修正LD旋轉(zhuǎn)角以便修正由于溫度變化而變動的放大倍數(shù)等情況下，還存在功率與LD的旋轉(zhuǎn)一起變化的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種激光掃描光學(xué)系統(tǒng)、及具有該光學(xué)系統(tǒng)的圖像形成裝置，其能改善從激光二極管(LD)到感光體的能量傳遞效率，且抑制由LD的旋轉(zhuǎn)引起的功率變動，從而具有高效率和高可靠性的激光掃描特性。
本發(fā)明另一目的在于提供一種激光掃描光學(xué)系統(tǒng)，具有半導(dǎo)體激光器、將從半導(dǎo)體激光器射出的多條光束分別轉(zhuǎn)換成平行光的準直透鏡、和用于規(guī)定圖像載體上的光束的光斑直徑的窗孔，掃描從該準直透鏡射出的光束，在圖像載體上對多條線同時曝光，其特征在于，激光掃描光學(xué)系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)換元件，轉(zhuǎn)換從半導(dǎo)體激光器射出的光束的輪廓的縱橫比，轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換多條光束，在將主掃描方向設(shè)為掃描光學(xué)系統(tǒng)的光束掃描方向、將副掃描方向設(shè)為與主掃描方向正交的方向的情況下，[式1]Am<1(cos2θ′m⊥2+sin2θ′m||2)]]>[式2]As<1(sin2θ′m⊥2+cos2θ′m||2)]]>[式3]L=Δ||×β×fBfA×cosθ′]]> m⊥=2×fA×tan(Δ⊥α⊥2)]]>[式5]m||=2×fA×tan(Δ||α||2)]]>其中，Am為窗孔在主掃描方向上的寬度，As為窗孔在副掃描方向上的寬度，m⊥為橢圓形光束的長軸方向直徑，m‖為橢圓形光束的短軸方向直徑，fA為準直透鏡的焦距，fB為后焦距透鏡的焦距，α⊥為相對于半導(dǎo)體激光器的發(fā)光點排列垂直的方向上的發(fā)散角，α‖為相對于半導(dǎo)體激光器的發(fā)光點排列平行的方向上的發(fā)散角，β為半導(dǎo)體激光器的發(fā)光點的配置間隔，θ′為半導(dǎo)體激光器的發(fā)光點排列方向和主掃描面所成的旋轉(zhuǎn)角度，Δ⊥為與相對于半導(dǎo)體激光器的發(fā)光點排列垂直的方向相對應(yīng)的轉(zhuǎn)換元件的轉(zhuǎn)換系數(shù)，Δ‖為與相對于半導(dǎo)體激光器的發(fā)光點排列平行的方向相對應(yīng)的轉(zhuǎn)換元件的轉(zhuǎn)換系數(shù)，L是副掃描方向的曝光光束的線間距。
本發(fā)明另一目的在于提供一種激光掃描光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，前述準直透鏡具有變形形狀從而起到轉(zhuǎn)換元件的作用，轉(zhuǎn)換從半導(dǎo)體激光器射出的光束的輪廓的縱橫比，并且將該光束轉(zhuǎn)換成平行光。
本發(fā)明另一目的在于提供一種激光掃描光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，前述準直透鏡被調(diào)整成與半導(dǎo)體激光器的傾斜角(θ)相同的傾斜角，以便調(diào)整圖像載體上的副掃描方向間距。
本發(fā)明另一目的在于提供一種激光掃描光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，前述轉(zhuǎn)換元件設(shè)置在準直透鏡和半導(dǎo)體激光器之間的光路上。
本發(fā)明另一目的在于提供一種激光掃描光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，前述轉(zhuǎn)換元件設(shè)置在準直透鏡和窗孔之間的光路上。
本發(fā)明另一目的在于提供一種激光掃描光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，前述轉(zhuǎn)換元件被調(diào)整成與半導(dǎo)體激光器的傾斜角相同的傾斜角，以便調(diào)整圖像載體上的副掃描方向間距。
本發(fā)明另一目的在于提供一種激光掃描光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，前述多條光束是一個具有多個發(fā)光點的半導(dǎo)體激光器、或者多個具有一個發(fā)光點的半導(dǎo)體激光器的出射光束。
本發(fā)明另一目的在于提供一種圖像形成裝置，其特征在于，具有前述激光掃描光學(xué)系統(tǒng)和感光體，借助激光掃描光學(xué)系統(tǒng)在感光體上形成潛像，通過將該潛像顯影化而進行圖像形成。


圖1是表示本發(fā)明的圖像形成裝置的一實施方式的圖。
圖2A及圖2B是用于說明一次光學(xué)系統(tǒng)及二次光學(xué)系統(tǒng)的各顏色光束的狀態(tài)的圖。
圖3是用于對由兩個透鏡構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)進行說明的圖。
圖4是用于說明端面發(fā)光型激光二極管的激光束的截面輪廓的圖。
圖5A及圖5B是用于對轉(zhuǎn)換元件的構(gòu)成例及功能進行說明的圖。
圖6是用于說明使用了多個具有單一發(fā)光點的激光二極管的激光光源的構(gòu)成例的概略圖。
圖7表示通過準直透鏡將從多發(fā)光點型LD發(fā)出的光束變成平行光、并用窗孔將其整形的光學(xué)系統(tǒng)的模擬結(jié)果的一例。
圖8表示對進行了圖7的模擬的光學(xué)系統(tǒng)中必要的準直透鏡焦距進行計算所得的表格。
圖9表示將圖8中的轉(zhuǎn)換系數(shù)Δ⊥設(shè)為1而使轉(zhuǎn)換系數(shù)Δ‖變化時與準直透鏡的焦距之間的關(guān)系，其中該關(guān)系被曲線化。
圖10示意性表示從為端面發(fā)光型且具有一個發(fā)光點的激光二極管發(fā)出的激光束的發(fā)光輪廓。
圖11示意性表示從為端面發(fā)光型且具有兩個發(fā)光點的激光二極管發(fā)出的激光束的發(fā)光輪廓。
圖12是示意性表示窗孔和發(fā)光輪廓之間的關(guān)系的圖。
圖13是示意性表示使激光二極管旋轉(zhuǎn)時的一條激光束和窗孔之間的關(guān)系的圖。
具體實施例方式
首先，對應(yīng)用本發(fā)明的激光掃描光學(xué)系統(tǒng)的圖像形成裝置的構(gòu)成例進行說明。
圖1是表示本發(fā)明的圖像形成裝置的一實施方式的圖。圖像形成裝置根據(jù)從外部傳遞來的圖像數(shù)據(jù)，在既定的片材(記錄紙)上形成多色及單色的圖像。如圖所示，具有曝光單元1、顯影器2、感光體滾筒3(3(K)、3(C)、3(M)、3(Y))、清潔單元4、帶電器5、中間轉(zhuǎn)印帶單元6、定影單元7、供紙盒8、排紙托盤9、原稿讀取裝置(掃描單元)13等。圖像形成裝置能在片材等介質(zhì)上將由原稿讀取裝置13的掃描器讀取的原稿圖像信息形成為圖像。此外，也能將從與圖像形成裝置連接的外部設(shè)備等輸入的圖像信息形成為圖像。
另外，本圖像形成裝置中處理的圖像數(shù)據(jù)與使用了黑色(K)、青色(C)、品紅色(M)、黃色(Y)這各種顏色的彩色圖像對應(yīng)。因此，顯影器2、感光體滾筒(圖像載體)3、帶電器5、清潔單元4分別設(shè)置有4個，以便形成與各顏色對應(yīng)的4種潛像，分別設(shè)定為黑色、青色、品紅色、黃色，它們構(gòu)成四個圖像站。
此外，在本實施方式中，與上述黑色、青色、品紅色、黃色對應(yīng)的感光體滾筒3中，對應(yīng)于黑色的感光體滾筒3(K)與其他感光體滾筒3(3(C)、3(M)、3(Y))相比具有更大的直徑(例如兩倍的直徑)。通過僅將黑色用的感光體滾筒3(K)大徑化，可使使用頻率高的單色圖像形成高速化，此外，可使得使用頻率不同的感光體的更換周期相同，能合理地使用各顏色用的感光體。
在本實施方式中，對下述例子進行說明，即，相對于與上述黑色、青色、品紅色、黃色對應(yīng)的感光體滾筒3，分別一邊掃描一條光束，一邊形成潛像，但是也可采用其他方案，例如，僅黑色用的感光體滾筒3(K)的曝光光束采用雙光束方式(使用兩條光束，同時進行兩列主掃描)，實現(xiàn)黑色的高速化。
此外，在如上述那樣僅使黑色的感光體滾筒3(K)大徑化的情況下，為了在形成彩色圖像時高精度地執(zhí)行使用各顏色用的所有感光體之際的“相位控制”，優(yōu)選將黑色用的感光體的直徑設(shè)為其他顏色(青色、品紅色、黃色)用的感光體滾筒3(C)、3(M)、3(Y)的直徑的整數(shù)倍。
此外，在本實施方式中，掃描各感光體滾筒3的光束的光軸、與該感光體滾筒3的表面和上述光束光軸的交點處的感光體滾筒3表面切線所成的角度設(shè)定為，在多個感光體滾筒3中彼此相等。
帶電器5是使感光體滾筒3的表面以既定的電位均勻帶電的帶電機構(gòu)，如圖1所示，除了接觸型的輥型或刷型帶電器外，也可使用充電器型的帶電器。
曝光單元1相當于具有本發(fā)明的激光掃描光學(xué)系統(tǒng)的光掃描裝置，如圖1所示，構(gòu)成為具有激光照射部及反射鏡的激光掃描單元(LSU)。曝光單元1配置有掃描激光束的多面反射鏡201、用于將被多面反射鏡201反射后的光束引導(dǎo)到感光體滾筒3上的透鏡或反射鏡等光學(xué)元件。構(gòu)成曝光單元1的光掃描裝置的結(jié)構(gòu)在后面詳細進行說明。此外，還有下述方案曝光單元1使用將發(fā)光元件排列成矩陣狀的例如EL或LED寫入頭。
曝光單元具有下述功能，即，通過與輸入的圖像數(shù)據(jù)相對應(yīng)地對帶電的感光體滾筒3進行曝光，在其表面形成與圖像信息對應(yīng)的靜電潛像。顯影器2利用4種顏色(YMCK)的調(diào)色劑使形成在各感光體滾筒3上的靜電潛像顯影化。此外，清潔單元除去·回收殘留在顯影·圖像轉(zhuǎn)印后的感光體滾筒3表面上的調(diào)色劑。
配置在感光體滾筒3上方的中間轉(zhuǎn)印帶單元6具有中間轉(zhuǎn)印帶61、中間轉(zhuǎn)印帶驅(qū)動輥62、中間轉(zhuǎn)印帶從動輥63、及中間轉(zhuǎn)印帶清潔單元64等。
中間轉(zhuǎn)印帶驅(qū)動輥62和中間轉(zhuǎn)印帶從動輥63架設(shè)中間轉(zhuǎn)印帶61，驅(qū)動其向箭頭M方向旋轉(zhuǎn)。
中間轉(zhuǎn)印帶61以與各感光體滾筒3接觸的方式設(shè)置。具有下述功能，即，通過將形成于感光體滾筒3的各顏色調(diào)色劑像依次重疊轉(zhuǎn)印到中間轉(zhuǎn)印帶61上，而在中間轉(zhuǎn)印帶61上形成彩色的調(diào)色劑像(多色調(diào)色劑像)。中間轉(zhuǎn)印帶61使用厚度為100μm～150μm左右的薄膜形成為環(huán)狀。此外，在中間轉(zhuǎn)印帶61的上方設(shè)置有各顏色用的調(diào)色劑盒，對感光體滾筒3供給調(diào)色劑。
從感光體滾筒3向中間轉(zhuǎn)印帶61進行的調(diào)色劑轉(zhuǎn)印，是借助與中間轉(zhuǎn)印帶61的背面?zhèn)冉佑|的未圖示的中間轉(zhuǎn)印輥進行的。在中間轉(zhuǎn)印輥上，外加有高電壓的轉(zhuǎn)印偏壓(與調(diào)色劑的帶電極性(-)相反極性(+)的高電壓)，以便轉(zhuǎn)印調(diào)色劑像。中間轉(zhuǎn)印輥例如是以直徑為8～10mm的金屬(例如不銹鋼)軸為基架、其表面由導(dǎo)電性彈性材料(例如EPDM、發(fā)泡聚氨酯等)覆蓋的輥。借助該導(dǎo)電性的彈性材料，可對中間轉(zhuǎn)印帶61均勻地外加高電壓。在本實施方式中，采用滾筒形狀的電極作為轉(zhuǎn)印電極，但除此之外也可使用刷等。
如上所述，在各感光體滾筒3上與各顏色像對應(yīng)地顯影化的靜電像在中間轉(zhuǎn)印輥61上層疊。層疊的圖像信息通過中間轉(zhuǎn)印帶61的旋轉(zhuǎn)，由配置在后述紙和中間轉(zhuǎn)印帶61的接觸位置上的轉(zhuǎn)印輥10轉(zhuǎn)印到紙上。
此時，中間轉(zhuǎn)印帶61和轉(zhuǎn)印輥10以既定輥隙壓接，并且，在轉(zhuǎn)印輥10上外加用于使調(diào)色劑轉(zhuǎn)印到紙上的電壓(與調(diào)色劑的帶電極性(-)相反極性(+)的高電壓)。進而，轉(zhuǎn)印輥10，為了始終得到上述輥隙，轉(zhuǎn)印輥10和前述中間轉(zhuǎn)印帶驅(qū)動輥62中的某一者采用硬質(zhì)材料(金屬等)，另一者采用彈性輥等軟質(zhì)材料(彈性橡膠輥、或發(fā)泡性樹脂輥等)。
此外，如上所述，通過與感光體滾筒3接觸而附著到中間轉(zhuǎn)印帶61上的調(diào)色劑、或未被轉(zhuǎn)印輥10轉(zhuǎn)印到紙上而是殘留在中間轉(zhuǎn)印帶61上的調(diào)色劑，會導(dǎo)致在下一工序中產(chǎn)生調(diào)色劑的混色，所以設(shè)定成，通過中間轉(zhuǎn)印帶清潔單元64除去·回收該調(diào)色劑。在中間轉(zhuǎn)印帶清潔單元64中，作為與中間轉(zhuǎn)印帶61接觸的清潔部件，例如具有清潔刀片，清潔刀片接觸的中間轉(zhuǎn)印帶61從背面?zhèn)缺恢虚g轉(zhuǎn)印帶從動輥63支承。不要的廢調(diào)色劑被收納到廢調(diào)色劑盒15中。
供紙盒8(8a、8b、8c、8d)是用于預(yù)先儲存在圖像形成中使用的片材(記錄紙)的托盤，在圖像形成裝置的曝光單元1下側(cè)設(shè)置有多個。此外，設(shè)置在圖像形成裝置上部的排紙托盤9是用于以面朝下的方式收集印刷完的片材的托盤。
此外，在圖像形成裝置中，設(shè)置有用于將供紙盒8的片材經(jīng)由轉(zhuǎn)印輥10和定影單元7送到排紙托盤9中的紙輸送通路S1。在從供紙盒8到排紙托盤9的紙輸送通路S1附近，配置有拾取輥11、校準調(diào)節(jié)輥12、轉(zhuǎn)印輥10、定影單元7等。
拾取輥11配置在供紙盒8的端部附近，從供紙盒8一張張拾取片材，供給到紙輸送通路S1。
此外，校準調(diào)節(jié)輥12暫時保持在紙輸送通路S1中輸送的片材。具有下述功能在感光體滾筒3上的調(diào)色劑像的末端和片材的末端一致的時刻，將片材輸送到轉(zhuǎn)印輥10。
定影單元7具有加熱輥71及加壓輥72，加熱輥71及加壓輥72夾著片材旋轉(zhuǎn)。此外，加熱輥71，基于來自未圖示的溫度檢測器的信號，由控制部設(shè)定為既定的定影溫度，具有下述功能，即，與加壓輥72一起將調(diào)色劑熱壓接到片材上，由此將轉(zhuǎn)印到片材上的多色調(diào)色劑像熔融·混合·壓接，并使其熱定影在片材上。
接著，對片材輸送路徑進行說明。如上所述，在圖像形成裝置中，設(shè)置有預(yù)先收納片材的多個供紙盒8(8a、8b、8c、8d)。為了從供紙盒8供給片材，而分別配置拾取輥11，將片材一張張導(dǎo)入紙輸送通路S1。
從供紙盒8輸送的片材被輸送到校準調(diào)節(jié)輥12，在片材的末端和中間轉(zhuǎn)印帶61上的圖像信息的末端吻合的時刻，輸送到轉(zhuǎn)印輥10，向片材上寫入圖像信息。此后，片材通過定影單元7，借助熱量使片材上的未定影調(diào)色劑熔融·固結(jié)，然后排出到排紙托盤9上。
上述輸送路徑是要求對片材進行單面印字時的輸送路徑，但是，與此相對，在要求雙面印字時，將如上所述單面印字結(jié)束并通過定影單元7后的片材向反方向輸送，導(dǎo)入到輸送通路S2，經(jīng)由校準調(diào)節(jié)輥12在片材的背面進行印字后，片材被排出到排紙托盤9上。
接著，具體說明上述圖像形成裝置所具有的光掃描裝置的激光掃描光學(xué)系統(tǒng)的實施方式。具有本實施方式的激光掃描光學(xué)系統(tǒng)的光掃描裝置可用于下述串聯(lián)方式的圖像形成裝置中，所述圖像形成裝置借助多條光束對各感光體滾筒3同時進行掃描曝光，在各感光體滾筒3上形成相互不同顏色的圖像，通過使各顏色的圖像重合于同一轉(zhuǎn)印介質(zhì)上，而形成彩色圖像。
在本實施方式中，作為用于對至少一個感光體滾筒進行掃描曝光的激光二極管101，使用具有多個發(fā)光點、能將多條激光束(多條光束)同時照射到感光體滾筒上并進行掃描的激光二極管。
如上所述，在圖像形成裝置中，大致等間隔地配置有黑色(K)圖像形成用的感光體滾筒、青色(C)圖像形成用的感光體滾筒、品紅色(M)圖像形成用的感光體滾筒、黃色(Y)圖像形成用的感光體滾筒。串聯(lián)方式的圖像形成裝置同時形成各顏色的圖像，所以能大幅縮短彩色圖像形成所需的時間。此外，在本例中，黑色(K)圖像形成用的感光體滾筒的直徑為其他顏色圖像形成用的感光體滾筒直徑的兩倍，所以能提高使用頻率高的單色圖像形成時的圖像形成速度。
另外，以下用K、C、M、Y分別代表黑色、青色、品紅色、黃色。
用于將感光體滾筒3曝光的本發(fā)明的光掃描裝置包括分別單元化了的一次光學(xué)系統(tǒng)(入射光學(xué)系統(tǒng))和二次光學(xué)系統(tǒng)(出射光學(xué)系統(tǒng))。一次光學(xué)系統(tǒng)具有分別射出YMCK用的光束的四個半導(dǎo)體激光器、將這些光束引導(dǎo)到二次光學(xué)系統(tǒng)的多面反射鏡201(旋轉(zhuǎn)多面鏡)的反射鏡及透鏡等光學(xué)元件。此外，二次光學(xué)系統(tǒng)具有在作為被掃描體的感光體滾筒3上掃描激光束的上述多面反射鏡201、用于將由多面反射鏡201反射后的光束引導(dǎo)到感光體滾筒3上的透鏡和反射鏡等光學(xué)元件、及檢測光束的BD傳感器等。此外，上述多面反射鏡201采用各顏色通用的結(jié)構(gòu)。
下面，對上述實施方式中各光學(xué)元件間的各顏色用光束的狀態(tài)進行說明。圖2A及圖2B是用于說明上述一次光學(xué)系統(tǒng)及二次光學(xué)系統(tǒng)的各顏色光束狀態(tài)的圖，圖2A是示意性表示主掃描方向上的一條光束的形狀的圖，圖2B是示意性表示副掃描方向上的一條光束的形狀的圖。
首先，說明圖2A所示主掃描方向的光束的變化過程。從一次光學(xué)系統(tǒng)的激光二極管101射出的多條光束分別以擴散光的形式入射到準直透鏡102。在此時的主掃描方向上，來自激光二極管101的擴散光的角度例如為大約30°。
準直透鏡102將入射的擴散光轉(zhuǎn)換成平行光而射出。在準直透鏡102后，設(shè)置有窗孔103，借助該窗孔103的開口限制光束的直徑。窗孔103在主掃描方向上的開口直徑在此為大約7mm。
從窗孔103射出的平行光光束由未圖示的反射鏡等調(diào)整光路后，入射到一次光學(xué)系統(tǒng)的柱面透鏡112。由于一次光學(xué)系統(tǒng)的柱面透鏡112在主掃描方向上沒有透鏡光學(xué)能力，所以在此入射后的平行光以原來的狀態(tài)通過。
從柱面透鏡112射出的平行光光束經(jīng)由未圖示的反射鏡等入射到多面反射鏡201的反射面上。如圖所示，多面反射鏡201的反射面隨著其旋轉(zhuǎn)而在主掃描方向上改變角度。
由多面反射鏡201反射的平行光光束一邊以等角速度沿主掃描方向移動一邊入射到第1fθ透鏡202，進而入射到第2fθ透鏡203。第1fθ透鏡202及第2fθ透鏡203在主掃描方向上具有透鏡光學(xué)能力，將以平行光入射的光束轉(zhuǎn)換成會聚于感光體滾筒3表面的會聚光。此外，對以等角速度在主掃描方向上移動的光束進行轉(zhuǎn)換，使其在感光體滾筒3表面的掃描線上以等線速度移動。
第2fθ透鏡203是輔助第1fθ透鏡202的透鏡，進一步修正從第1fθ透鏡202射出的光束，使光束呈現(xiàn)出期望的變化。
此外，在上述第2fθ透鏡203和感光體滾筒3之間的光路上，設(shè)置有用于將各顏色光的光路折返而引導(dǎo)到目標感光體滾筒3上的反射鏡(每種顏色有一個或多個反射鏡)(在圖2A中未圖示)、和二次光學(xué)系統(tǒng)的柱面透鏡220。由于柱面透鏡220在主掃描方向上不具有透鏡光學(xué)能力，所以從第2fθ透鏡203射出的光束在主掃描方向上不受作用，而是朝向感光體滾筒3。此時，感光體滾筒3上的主掃描方向的光束的光斑直徑例如為大約60μm。
接著，說明圖2B所示的副掃描方向上的一條光束的變化過程。從激光二極管101射出的多條光束分別與主掃描方向一樣以擴散光的形式入射到準直透鏡102。在此時的副掃描方向上，來自激光二極管101的擴散光的角度比主掃描方向上小，例如為大約11°。
準直透鏡102將入射的擴散光轉(zhuǎn)換成平行光而射出。在準直透鏡102后，設(shè)置有窗孔103，通過其開口限制光束的直徑。窗孔103的開口直徑在此為大約2mm。
從窗孔103射出的平行光的光束經(jīng)未圖示的反射鏡等入射到一次光學(xué)系統(tǒng)的柱面透鏡112。由于一次光學(xué)系統(tǒng)的柱面透鏡112在副掃描方向上具有透鏡光學(xué)能力，所以入射的平行光被轉(zhuǎn)換成大致會聚于多面反射鏡201的反射面上的會聚光。在此，從柱面透鏡112射出的平行光的光束經(jīng)由未圖示的反射鏡等入射到多面反射鏡201的反射面上。在副掃描方向上，使光束會聚于反射面的高度方向的大致中央。此時，通過預(yù)先在多面反射鏡201的反射面和感光體滾筒3表面之間形成共軛關(guān)系，來修正反射面的面歪斜(面倒れ)。
由多面反射鏡201反射的光束成為擴散光，入射到第1fθ透鏡202，進而入射到第2fθ透鏡203。由于第1fθ透鏡202在副掃描方向上具有不透鏡光學(xué)能力，所以入射到第1fθ透鏡202的擴散光光束原樣通過。
第2fθ透鏡203在副掃描方向上具有透鏡光學(xué)能力，在副掃描方向上將以擴散光形式入射的光束轉(zhuǎn)換成平行光。
在上述第2fθ透鏡203和感光體滾筒3之間的光路上，設(shè)置有用于將各顏色光的光路折返而引導(dǎo)到目標感光體滾筒3上的反射鏡(每種顏色有一個或多個反射鏡)(在圖2B中未圖示)、和二次光學(xué)系統(tǒng)的柱面透鏡220。由于柱面透鏡220在副掃描方向上具有透鏡光學(xué)能力，所以從第2fθ透鏡203射出的平行光光束被轉(zhuǎn)換成大致會聚于感光體滾筒3表面上的光。此時，感光體滾筒3上的光束的副掃描方向上的光斑直徑例如為大約67μm。
在此，對本發(fā)明的激光掃描光學(xué)系統(tǒng)中作為特征的、轉(zhuǎn)換光束輪廓的轉(zhuǎn)換元件進行說明。在說明轉(zhuǎn)換元件的具體構(gòu)成例之前，首先參照圖3對由兩個透鏡構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)進行說明。如圖3所示，從透鏡A的前焦點面射出的光通過透鏡A后成為平行光。平行光入射到透鏡B后，無論向透鏡B入射的入射角如何，都在透鏡B的后焦距面上成像。
將上述兩個透鏡A、B的焦距分別設(shè)為fA、fB時，由上述兩個透鏡A、B構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)的放大倍數(shù)N為兩個透鏡A、B的焦距之比、即N＝fB/fA。
因此，在由多個透鏡構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)中，在其放大倍數(shù)為N的情況下，若將最初的透鏡A的焦距fA變?yōu)閒A′，則光學(xué)系統(tǒng)的放大倍數(shù)N′變?yōu)镹(fA/fA′)。
在透鏡A的前焦點位置、和作為后焦距透鏡的透鏡B的后焦距位置為光學(xué)上的共軛關(guān)系的光學(xué)系統(tǒng)中，若將激光二極管(LD)設(shè)置在透鏡A的前焦點位置，則在透鏡B的后焦距位置成像，此時的橫向放大倍數(shù)與透鏡A和透鏡B之間的光學(xué)系統(tǒng)無關(guān)，為透鏡A和透鏡B的焦距之比。
在上述實施方式的激光掃描光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)成例中，將透鏡A設(shè)為準直透鏡102，在該準直透鏡102的前焦點位置設(shè)置有LD101，在透鏡A的出射側(cè)設(shè)置有光束整形用的窗孔103。此外，在窗孔103之后，設(shè)置有柱面透鏡(CY透鏡)112，所述柱面透鏡(CY透鏡)112僅在副掃描方向上具有光學(xué)能力，僅在副掃描方向上在多面反射鏡201的表面形成焦點。
從多面反射鏡201掃描反射的光束，由掃描透鏡或掃描反射鏡(在上述例中為fθ透鏡202、203)將等角速度掃描轉(zhuǎn)換成等速度掃描，并且，在主掃描方向上，在感光體(感光體滾筒3)上形成焦點。另一方面，在副掃描方向上，借助掃描透鏡或掃描反射鏡的超環(huán)面在感光體的表面形成焦點。
在此，在副掃描方向上，有時追加主要在副掃描方向上具有光學(xué)能力的的透鏡或反射鏡，由掃描透鏡或反射鏡的超環(huán)面的光學(xué)能力、和追加的光學(xué)元件來進行功能分擔。在上述例子中，通過fθ透鏡202、203和柱面透鏡220，在感光體(感光體滾筒3)的表面形成焦點。
在以上的光學(xué)系統(tǒng)中，在主掃描方向上LD101的位置和感光體表面的曝光位置在光學(xué)上共軛，在副掃描方向上LD101的位置和多面反射鏡201的大致反射位置與感光體表面的曝光位置在光學(xué)上共軛。通過在副掃描方向上使上述三個部位在光學(xué)上共軛，來修正多面反射鏡201的面歪斜。
感光體上的光束斑直徑由LD101的激發(fā)波長和會聚角、及波面像散決定。在用于光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)元件較理想的情況下，會聚角越小，由于激光的衍射現(xiàn)象，光束斑尺寸越大。
因此，為了減小光束斑尺寸以便進行高圖像質(zhì)量的印刷，需要縮小后焦距長度、或者增加后焦距透鏡的出射側(cè)光束直徑。
圖4是用于說明端面發(fā)光型的LD101的激光束的截面輪廓的圖，圖中，122是從LD101發(fā)出的激光束。從端面發(fā)光型的LD101發(fā)射的激光束122以其截面輪廓具有大致高斯分布G的橢圓圓錐狀射出。
在此，在將LD芯片的電流方向(在具有多個發(fā)光點的LD中，相對于發(fā)光點的排列垂直的方向)設(shè)為⊥，將與⊥正交的方向(在具有多個發(fā)光點LD中，相對于發(fā)光點的排列平行的方向)設(shè)為‖時，LD出射光的發(fā)散角α‖和α⊥為α‖＜α⊥的關(guān)系。因此，相對于發(fā)光點的激光束輪廓為上述圖11所示那樣。在將該光學(xué)系統(tǒng)用于上述光掃描裝置的情況下，α⊥為主掃描方向，α‖為副掃描方向。
在此，來自LD101的激光的某一截面上的輪廓用下式近似表示。
A×Exp(-(2×xm⊥)2-(2×ym||)2)]]>其中，m⊥為橢圓形光束的長軸方向上的直徑，m‖為橢圓形光束的短軸方向上的直徑。
此外，借助準直透鏡102將光束變?yōu)榇笾缕叫泄鈺r，窗孔103處的光束輪廓用下式表示。
A×Exp(-(2×xm⊥)2-(2×ym||)2)]]>[式8]m⊥=2×fA×tan(α⊥2)]]>[式9]m||=2×fA×tan(α||2)]]>在此，α⊥為LD芯片的電流方向上的發(fā)散角，α‖為與α⊥正交的方向上的發(fā)散角。
在此時的激光束的光束直徑比窗孔103大的情況下，用窗孔103對光束整形，在感光體表面能得到由窗孔103和其后的光學(xué)系統(tǒng)所決定的期望的光斑尺寸。相反，在光束直徑比窗孔103小的情況下，由于來自LD101的出射光的發(fā)散角的離散、或LD101的功率變動等，感光體表面的光斑直徑會發(fā)生變化。
另一方面，窗孔103的位置上的光束直徑越大，遮蔽越大，所以通過窗孔103的光量越小。
因此，為了高效利用LD101的功率，最好使窗孔103位置上的光束和窗孔103的大小大致相等。
即，為了最高效地利用LD101的功率，最好使窗孔103的長軸方向和從LD101射出的出射光束的發(fā)散角α⊥一致。
此時，通過窗孔103的光量用下式近似表示。
∫-AmAm∫-AsAsA×Exp(-(2×xm⊥)2-(2×ym||)2)dxdy]]>其中，Am為窗孔在主掃描方向上的寬度，As為窗孔在副掃描方向上的寬度。
另一方面，關(guān)于具有多個發(fā)光點的多發(fā)光點型的LD101，由于要使LD101相對于主光軸面傾斜以便與感光體上的同時寫入間距一致，所以并不簡單。
在前述副掃描方向上的光學(xué)共軛關(guān)系成立的掃描光學(xué)系統(tǒng)中，副掃描放大倍數(shù)由準直透鏡102的焦距fA和后焦距透鏡的焦距fB決定。
另一方面，若將使用的激光發(fā)光點的間距設(shè)為β，將在感光體上進行同時曝光的副掃描方向線間距設(shè)為L，則使用LD101的傾斜角度θ，下式成立。θ為LD101的發(fā)光點的排列方向和主掃描面(主光軸面)所成的角度。
L=β×fBfA×cosθ]]>另一方面，通過傾斜LD101，窗孔103位置上的光束也傾斜。此時的光束輪廓用下式表示。
A×Exp(-(2×x×cosθ+y×sinθm⊥)2-(2×-x×sinθ+y×cosθm||)2)]]>
此時窗孔103位置上的光束寬度如下式所示。
1(cos2θ′m⊥2+sin2θ′m||2)]]>[式14]1(sin2θ′m⊥2+cos2θ′m||2)]]>結(jié)果可知，窗孔103的遮蔽量，不僅取決于準直透鏡102的焦距，也取決于LD101的傾斜角度θ。
如上所述，從LD101射出的出射光束的發(fā)散角α‖＜α⊥，所以若以感光體上的同時度掃描間距優(yōu)先，則光束寬度可能比窗孔103小。
本發(fā)明的特征在于，通過設(shè)置轉(zhuǎn)換從LD101射出的光束的發(fā)散角α‖、α⊥的光學(xué)元件(以下稱作轉(zhuǎn)換元件)，來增加設(shè)計的自由度。轉(zhuǎn)換元件具有轉(zhuǎn)換從LD101射出的光束輪廓的縱橫比的功能。該轉(zhuǎn)換元件可以是將多個焦距不同的柱面透鏡組合的元件，也可以是在兩面都具有變形(anamorphic)面的透鏡。
圖5A及圖5B是用于說明轉(zhuǎn)換元件的構(gòu)成例及功能的圖，圖中123是轉(zhuǎn)換元件(光束整形器)。如圖5A所示，在本例中，考慮在LD101和準直透鏡102之間導(dǎo)入上述轉(zhuǎn)換元件123的構(gòu)成。
如圖5B所示，轉(zhuǎn)換元件123是在特定方向上將來自LD101的出射光放大、而在與該特定方向正交的方向上不放大的光學(xué)元件。另外，為了簡單化，設(shè)成下述方案即使在上述光學(xué)系統(tǒng)中導(dǎo)入轉(zhuǎn)換元件123，準直透鏡102的焦距也不變。
在此，關(guān)于由轉(zhuǎn)換元件123實現(xiàn)的LD101的出射光束發(fā)散角α‖、α⊥的轉(zhuǎn)換，分別將轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)為Δ‖、Δ⊥。另外，轉(zhuǎn)換元件123與旨在使感光體上的同時度掃描間距與既定值相一致的LD101的旋轉(zhuǎn)同步地旋轉(zhuǎn)。
通過導(dǎo)入轉(zhuǎn)換元件123，激光發(fā)光點間距有效地變化。在此，感光體上的副掃描線間距L用下式表示。
L=Δ||×β×fBfA×cosθ′]]>因此，關(guān)于在感光體上產(chǎn)生期望的同時曝光間距的、LD的旋轉(zhuǎn)角θ′，窗孔103處的光束直徑用下式表示。其中，M⊥是主掃描方向的光束寬度，M‖是副掃描方向的光束寬度，θ′是LD的旋轉(zhuǎn)角。
m⊥=2×fA×tan(Δ⊥α⊥2)]]>[式17]m||=2×fA×tan(Δ||α||2)]]>[式18]M⊥=1(cos2θ′m⊥2+sin2θ′m||2)]]>[式19]M||=1(sin2θ′m⊥2+cos2θ′m||2)]]>設(shè)計成該光束寬度M⊥、M‖至少比窗孔103的寬度大。即，在將窗孔103在主掃描方向上的寬度設(shè)為Am，副掃描方向上的寬度設(shè)為As時，通過設(shè)為滿足以下各式(式20、式21)的條件，窗孔103處的光束寬度比窗孔103大，從而可在感光體上得到期望的光束直徑。此外，這樣可高效利用LD101的功率。在此，在窗孔103位置上的光束寬度與窗孔寬度一樣的條件下，下述式20及式21的左邊和右邊相等時，能最有效地利用LD101的功率。
Am<1(cos2θ′m⊥2+sin2θ′m||2)]]>[式21]As<1(sin2θ′m⊥2+cos2θ′m||2)]]>上述轉(zhuǎn)換元件可采用下述方案中的任一種與準直透鏡一體形成、設(shè)置在LD101和準直透鏡102之間的光路上、或設(shè)置在準直透鏡102和窗孔103之間的光路上。如上所述，轉(zhuǎn)換元件可以是將焦距不同的多個柱面透鏡組合的元件，也可以是在兩面均具有變形面的透鏡。在將準直透鏡和轉(zhuǎn)換元件一體形成的情況下，在準直透鏡上具有變形形狀，從而有對擴散的光束的縱橫比進行轉(zhuǎn)換并轉(zhuǎn)換成平行光的功能。
此外，為了調(diào)整感光體(圖像載體)上的副掃描方向的線間距，而調(diào)整這些轉(zhuǎn)換元件，以便成為與LD101的旋轉(zhuǎn)角相同的傾斜角。即，在LD101旋轉(zhuǎn)時，為了使其轉(zhuǎn)換系數(shù)Δ‖、Δ⊥在發(fā)光束輪廓的長圓方向和短圓方向上一致，而與LD101的旋轉(zhuǎn)角θ配合地設(shè)定轉(zhuǎn)換元件的角度。
另外，在上述實施方式中，表示了使用一體形成有多個發(fā)光點的多發(fā)光點型LD的例子，但是也可使用多個分體的單發(fā)光點型LD，利用半反射鏡或反射鏡等光學(xué)機構(gòu)對從這些LD分別發(fā)出的光束進行光路調(diào)整，構(gòu)成與上述多發(fā)光點型LD同樣的激光光源。
圖6是用于說明采用了多個具有單一發(fā)光點的激光二極管的激光光源的構(gòu)成例的概略圖。如圖6所示，通過使用反射鏡124及半反射鏡125，對多個LD101的光束進行光路調(diào)整，可構(gòu)成具有與上述多發(fā)光點型LD同樣的功能的激光光源。
(實施例)圖7是表示如下構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)的模擬結(jié)果的一例的圖，所述光學(xué)系統(tǒng)使用具有兩個發(fā)光點的多發(fā)光點型LD，通過準直透鏡將從該LD發(fā)出的光束變成平行光，通過窗孔對該光束進行整形。
在此，使用后焦距為76.9mm的光學(xué)系統(tǒng)，并使用發(fā)光點間距為14μm的多發(fā)光點型LD。在此，LD的發(fā)散角α‖為11.8°、發(fā)散角α⊥為35.3°。
此外，感光體上的副掃描線的曝光間距為42.3μm。這相當于以目前通常的像素密度(分辨率)、即600dpi進行圖像形成時的曝光間距。此外，使用主掃描方向的窗孔寬度Am為3.59mm、副掃描方向的窗孔寬度As為1.21mm的窗孔。
轉(zhuǎn)換系數(shù)Δ表示本發(fā)明的轉(zhuǎn)換元件的轉(zhuǎn)換放大倍數(shù)。Δ⊥表示與相對于發(fā)光點排列垂直的方向?qū)?yīng)的轉(zhuǎn)換元件的轉(zhuǎn)換放大倍數(shù)，在此表示，相對于發(fā)散角α⊥35.3°來說轉(zhuǎn)換成幾倍的發(fā)散角度。另外，Δ‖表示與相對于發(fā)光點排列平行的方向?qū)?yīng)的轉(zhuǎn)換元件的轉(zhuǎn)換放大倍數(shù)，在此表示，相對于發(fā)散角α‖11.8°來說轉(zhuǎn)換成幾倍的發(fā)散角度。
圖7的表格表示在上述那樣的條件的光學(xué)系統(tǒng)中，將轉(zhuǎn)換系數(shù)Δ⊥、Δ‖都固定為1，而改變準直透鏡的焦距f，并通過模擬計算此時窗孔位置上的光束直徑m‖、m⊥、M‖、M⊥所得的結(jié)果。在此，在能得到既定曝光間距42.3μm的條件下，與準直透鏡的焦距f的變化對應(yīng)地改變旋轉(zhuǎn)角θ。
如圖7的表格的評價結(jié)果所示，在準直透鏡的焦距為14.61以上時，窗孔位置上的光束直徑比窗孔的寬度大，在感光體上能得到期望的光束直徑。
圖8表示對進行了上述圖7的模擬的光學(xué)系統(tǒng)中必要的準直透鏡焦距進行計算所得的表格。在此，表示在主掃描方向的轉(zhuǎn)換系數(shù)Δ⊥和副掃描方向的轉(zhuǎn)換系數(shù)Δ‖的關(guān)系中必要的準直透鏡焦距。
圖9是將上述圖8中的轉(zhuǎn)換系數(shù)Δ⊥設(shè)為1而改變轉(zhuǎn)換系數(shù)Δ‖時與準直透鏡焦距之間的關(guān)系曲線化的圖。
使LD101相對于主掃描面旋轉(zhuǎn)時，發(fā)光點排列方向的正交方向⊥相當于橢圓輪廓的長圓方向，不需要在⊥方向上進一步擴大輪廓。換言之，在發(fā)光點排列方向的正交方向⊥上，由LD101的旋轉(zhuǎn)引起的光束斑對轉(zhuǎn)換的依存性較小。
因此，使用上述圖5A所示的轉(zhuǎn)換元件123，擴大發(fā)光點排列方向‖的光束輪廓。此時，轉(zhuǎn)換元件123隨著LD101的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)配置，以便在發(fā)光點排列方向上擴大光束。
圖9的曲線S表示在上述光學(xué)系統(tǒng)中窗孔位置上的光束直徑比窗孔寬度大、在感光體上能得到期望的光束直徑的條件的邊界，在該曲線S上方的區(qū)域中能滿足上述條件。
該曲線S上方的區(qū)域符合上述式20及式21所示的修正系數(shù)條件。
在這種情況下，更優(yōu)選地，選擇盡可能靠近表示邊界的曲線S的條件。例如，若以遠離曲線S的區(qū)域中的條件設(shè)定準直透鏡的焦距f，則相對于窗孔的尺寸來說光束直徑相對較大，所以窗孔的遮蔽變大，通過窗孔的光束的能量變小。即，從光利用效率這點出發(fā)，接近于曲線S的條件較為優(yōu)選。
當然，圖9的曲線S是在上述圖7中說明的特定光學(xué)系統(tǒng)的特定條件下計算所得的例子，它會根據(jù)LD的發(fā)光點間距、發(fā)散角、窗孔尺寸、或曝光間距等條件的不同而變化。
基本上，需要滿足上述式20、式21的關(guān)系，此時優(yōu)選盡可能接近式20、式21的左邊和右邊的條件。
根據(jù)本發(fā)明，能得到以下效果。
根據(jù)本發(fā)明，能提供一種激光掃描光學(xué)系統(tǒng)及具有該光學(xué)系統(tǒng)的圖像形成裝置，其能改善從激光二極管(LD)到感光體的能量傳遞效率，并且能抑制LD由旋轉(zhuǎn)引起的功率變動，由此具有高效率和高可靠性的激光掃描特性。
權(quán)利要求
1.一種激光掃描光學(xué)系統(tǒng)，具有半導(dǎo)體激光器、將從該半導(dǎo)體激光器射出的多條光束轉(zhuǎn)換成平行光的準直透鏡、和用于規(guī)定圖像載體上的光束的光斑直徑的窗孔，掃描從該準直透鏡射出的光束，在圖像載體上對多條線同時曝光，其特征在于，該激光掃描光學(xué)系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)換元件，轉(zhuǎn)換從前述半導(dǎo)體激光器射出的光束的輪廓的縱橫比，該轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換多條前述光束，在將前述主掃描方向設(shè)為前述掃描光學(xué)系統(tǒng)的光束掃描方向、將前述副掃描方向設(shè)為與前述主掃描方向正交的方向的情況下，[式1]Am<1(cos2θ′m⊥2+sin2θ′m||2)]]>[式2]As<1(sin2θ′m⊥2+cos2θ′m||2)]]>[式3]L=Δ||×β×fBfA×cosθ′]]>[式4]m⊥=2×fA×tan(Δ⊥α⊥2)]]>[式5]m||=2×fA×tan(Δ||α||2)]]>其中，Am為窗孔在主掃描方向上的寬度，As為窗孔在副掃描方向上的寬度，m⊥為橢圓形光束的長軸方向直徑，m‖為橢圓形光束的短軸方向直徑，fA為準直透鏡的焦距，fB為后焦距透鏡的焦距，α⊥為相對于半導(dǎo)體激光器的發(fā)光點排列垂直的方向上的發(fā)散角，α‖為相對于半導(dǎo)體激光器的發(fā)光點排列平行的方向上的發(fā)散角，β為半導(dǎo)體激光器的發(fā)光點的配置間隔，θ′為半導(dǎo)體激光器的發(fā)光點排列方向和主掃描面所成的旋轉(zhuǎn)角度，Δ⊥為與相對于半導(dǎo)體激光器的發(fā)光點排列垂直的方向相對應(yīng)的轉(zhuǎn)換元件的轉(zhuǎn)換系數(shù)，Δ‖為與相對于半導(dǎo)體激光器的發(fā)光點排列平行的方向相對應(yīng)的轉(zhuǎn)換元件的轉(zhuǎn)換系數(shù)，L是副掃描方向的曝光光束的線間距。
2.如權(quán)利要求1所述的激光掃描光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，前述準直透鏡具有變形形狀從而起到前述轉(zhuǎn)換元件的作用，轉(zhuǎn)換從前述半導(dǎo)體激光器射出的光束的輪廓的縱橫比，并且將該光束轉(zhuǎn)換成平行光。
3.如權(quán)利要求2所述的激光掃描光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，前述準直透鏡被調(diào)整成與半導(dǎo)體激光器的傾斜角(θ)相同的傾斜角，以便調(diào)整前述圖像載體上的副掃描方向間距。
4.如權(quán)利要求1所述的激光掃描光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，前述轉(zhuǎn)換元件設(shè)置在前述準直透鏡和前述半導(dǎo)體激光器之間的光路上。
5.如權(quán)利要求1所述的激光掃描光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，前述轉(zhuǎn)換元件設(shè)置在前述準直透鏡和前述窗孔之間的光路上。
6.如權(quán)利要求4所述的激光掃描光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，前述轉(zhuǎn)換元件被調(diào)整成與前述半導(dǎo)體激光器的傾斜角相同的傾斜角，以便調(diào)整前述圖像載體上的副掃描方向間距。
7.如權(quán)利要求5所述的激光掃描光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，前述轉(zhuǎn)換元件被調(diào)整成與前述半導(dǎo)體激光器的傾斜角相同的傾斜角，以便調(diào)整前述圖像載體上的副掃描方向間距。
8.如權(quán)利要求1所述的激光掃描光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，前述多條光束是一個具有多個發(fā)光點的半導(dǎo)體激光器、或者多個具有一個發(fā)光點的半導(dǎo)體激光器的出射光束。
9.一種圖像形成裝置，其特征在于，具有權(quán)利要求1～8中任一項所述的激光掃描光學(xué)系統(tǒng)和感光體，借助該激光掃描光學(xué)系統(tǒng)在前述感光體上形成潛像，通過將該潛像顯影化而進行圖像形成。
全文摘要
本發(fā)明的激光掃描光學(xué)系統(tǒng)，通過準直透鏡將從激光二極管(LD)發(fā)出的多條光束變?yōu)槠叫泄?，通過窗孔對其進行整形，在感光體滾筒上同時進行多條線的曝光。為了使由光學(xué)系統(tǒng)的放大倍數(shù)唯一決定的必要發(fā)光點間距(d)與使用的激光二極管(LD)的發(fā)光點間隔一致，而使激光二極管(LD)相對于其主光軸面旋轉(zhuǎn)角度(θ)。具有轉(zhuǎn)換此時從激光二極管(LD)射出的光束的輪廓的縱橫比的轉(zhuǎn)換元件。轉(zhuǎn)換元件的轉(zhuǎn)換特性與光學(xué)系統(tǒng)的特性相配合以符合既定范圍的條件。
文檔編號H04N1/04GK1991617SQ20061017246
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月26日
發(fā)明者藤田浩一, 大久保憲造, 和田孝澄, 小野泰宏, 大野孝之 申請人:夏普株式會社