专利名称：光束扫描装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括两个用于将通过旋转多角镜扫描的光束成像在像平面上的反射镜的光束扫描装置。
背景技术：
在将透镜用于曝光装置的偏转后光学系统的扫描光学系统中，在防止光束位置和成像位置随波长的变化而偏移的色差消除方面存在着设计缺陷。这是因为透镜材料的折射率随波长而变。相反，反射镜的优点在于其对波长的依赖性不强，因此已做出的很多发明都在扫描光学系统中使用了反射镜。例如，日本专利申请公开(JP-A)第2001-56445号中描述的激光扫描装置。
在该激光扫描装置中，如图1和图2所示，偏转后光学系统中使用了两个反射镜，并且这两个反射镜在主扫描方向上的放大倍数分别都为正。
因此，这两个反射镜的主点位于第一反射镜和第二反射镜之间，因此从最后成像元件到像平面的距离无法取得大于fθ反射镜的f值。
此外，JP-A第2001-13441号和第2001-13442号公开了一种采用一个反射镜的装置，这种情况下，主点位于反射镜表面上。因此，从最后反射镜表面到像平面的距离近似等于fθ反射镜的f值。
此外，有一种采用一对塑料透镜的装置，它使用了采用便宜模制部件的光学元件，其缺陷是不能提供大的放大倍数给透镜本身来抑制温度和湿度对折射率和形状的影响。由于这个原因，有必要减小有效画角(field angle)并增大像频来保证最后成像元件到像平面的距离。如果在模制部件上进行铝蒸发来用作反射镜，则可以消除温度和湿度对折射率的影响。过去，有这样一种装置，其中第一反射镜形成为具有正放大倍数的凹形，然而，图像侧主点距离旋转多角镜侧变得比第二反射镜要近，并且最后成像元件与像平面之间的距离也缩短了。
为了不受旋转多角镜的各个表面上的不规则(旋转中心到反射面的距离在面与面之间有差别的这种情况下的变化量)的影响，可以认为近似平行于主扫描方向的光束入射到旋转多角镜(参见图1)。这种情况下，fθ特性的f值近似等于成像系统中的合成焦距。因此，在距离像平面侧主点合成焦距的位置形成像平面。
作为一种保证最后成像元件和像平面之间距离的方法，有一种使f值变大的方法。然而，当扫描相同宽度时，这会使θ值变小。这种情况下，有下述两个缺点。
(1)当θ值变小时，增加了作为对应于一个像素的激光ON/OFF频率的像频。
设计光束位置使得满足关系式h＝fθ。假定一个像素的尺寸为Δh，并且当形成一个像素时的偏角为Δθ，则有Δh＝fΔθ。该方程表达为Δh＝fωΔT，其中光束的偏转角速度为ω，形成一个像素的时间为ΔT。因此，像频表示为1/ΔT＝fω/Δh。这表明，像频与f成正比，即，f变大，像频也增加。
(2)由于，随着θ值变小，旋转多角镜的反射面到成像元件的最后表面的距离也正比于f而变大，因而整个光程长度变长，并且装置的尺寸变大。
另一种方法是，使主扫描方向上的图像侧主点距离像平面侧比最后成像元件近的方法。
利用近轴光线理论(paraxial ray theory)考虑两个放大倍数为φ1和φ2的光学元件位于距离d2的这种情况。
合成放大倍数为φt＝φ1+φ2-d2×φ1×φ2.............................(1)对象点侧主点位置由第一光学元件表达为Δ1＝d2(φ2/φt)......................................(2)像平面侧主点位置由第二光学元件表达为Δ2＝-d2(φ1/φt).....................................(3)其中Δ1和Δ2在像平面侧为正。
这里，主扫描方向上，需要设置合成放大倍数φt为正，使得近似平行光束入射到光学元件并且在像平面上成像。
为了使像平面侧主点位置距离像平面侧比第二光学元件要近，分配放大倍数使得Δ2＞0成立。
由于元件之间的距离为正，因而d2＞0成立。如上所述，由于合成放大倍数为正，因而有φt＞0。根据以上条件以及式(3)，如果φ1＜0，则可以实现Δ2＞0。
此外，为了使合成放大倍数为正，需要满足下面的条件。首先，重写式(1)，条件表达为φt＝φ1+φ2(1-d2×φ1)由于d2＞0且φ1＜0、(1-d2×φ1)＞0且φ1＜0，至少需要φ2＞0，以使φt＞0成立。准确来讲，需要满足φ2＞-[φ1/(1-d2×φ1)]。
因此，在包含一对光学元件的光学系统中，如果对象点侧光学元件由负放大倍数的光学元件形成，并且像平面侧光学元件由正放大倍数的光学元件形成，则可以使图像侧主点距离像平面侧比像平面侧光学元件要近(参见图3)。
为了消除轴向像差的色差，开发出了具有一对透镜的结构，其中偏转器侧透镜的放大倍数为负，并且偏转器侧透镜的材料具有高折射率和高色散特性。该目的是消除作为透镜所特有的问题的色差。另一方面，反射镜中放大倍数不随波长变化，不存在透镜所特有的色差消除问题。因此，对反射镜来说，不用像上述透镜那样仔细检查放大倍数的分配。
发明内容
一种光束扫描装置，包括旋转多角镜，用于沿主扫描方向扫描来自偏转前光学系统的光束；以及两个反射镜，用于将旋转多角镜扫描的光束在像平面上进行成像，位于旋转多角镜侧的第一反射镜在主扫描方向上具有负放大倍数，位于像平面侧的第二反射镜在主扫描方向上具有正放大倍数。因此，可以提高处理单元等的形状和设置的自由度，并且通过保证最后成像元件和像平面之间的距离，同时抑制旋转多角镜反射面和像平面之间光程长度的增加，能够缩小光束扫描装置、结合有该光束扫描装置的曝光装置和图像形成装置的尺寸。
图1示出了采用两个反射镜的传统偏转后光学系统的平面图；图2示出了采用两个反射镜的传统偏转后光学系统的侧视图；图3是用于说明主点位置的示意图；图4示出了表面存在不规则情况下，从偏转器的旋转多角镜到像平面的光束的状态的示意平面图；图5示出了副扫描方向上光束通过位置的示意图；图6示出了光束位置和光程长度之间关系的示意图；图7示出了光束位置和光轴方向位置之间关系的示意图；图8示出了第一反射镜和第二反射镜反射的光束的光程的示意图；图9是用于说明偏转器的旋转多角镜表面不规则对副扫描方向上像平面的光束位置的影响及其程度的示意图；图10A示出了当展开所有反射镜时光学系统的俯视图；图10B示出了偏转后光学系统的侧视截面图；图10C示出了偏转前光学系统的侧视截面图；图11A示出了当展开偏转后光学系统的所有反射镜时光学系统的平面图；图11B示出了偏转后光学系统的侧视截面图；
图11C示出了偏转前光学系统的侧视截面图；图12示出了偏转前光学系统的侧视截面图；以及图13示出了光束位置和光束的光轴方向位置之间关系的示意图；具体实施方式
下文，将描述根据本发明的包括光束扫描装置的曝光装置的优选实施例。
根据本实施例的结合有光束扫描装置的曝光装置包括旋转多角镜，用于沿主扫描方向扫描来自偏转前光学系统的光束；以及两个反射镜(位于旋转多角镜侧的第一反射镜以及位于像平面侧的第二反射镜)，用于对通过旋转多角镜扫描的光束在像平面上成像。这里将对该曝光装置的具体例子进行详细描述。该曝光装置中，位于旋转多角镜侧的第一反射镜在主扫描方向上具有负放大倍数，并且位于像平面侧的第二反射镜在主扫描方向上具有正放大倍数。依照此配置，在包含反射镜的扫描光学系统中，可以提高处理单元等的形状和设置的自由度，并且通过保证最后成像元件和像平面之间的距离并且同时抑制T.T.(旋转多角镜反射面和像平面之间的光程长度)的增加，能够缩小曝光装置和结合有该曝光装置的图像形成装置的尺寸。下文，将具体描述该配置。
对于能否通过使一对反射镜中位于偏转器(旋转多角镜)侧的反射镜的主扫描方向放大倍数为负、位于像平面侧的反射镜的主扫描方向放大倍数为正，在满足作为扫描光学系统所需特性的fθ特性、扫描线曲线、表面倾斜校正功能以及成像特性的同时，来实现主扫描方向主点位置靠近像平面一侧的设置，已经进行了研究。
对于透镜，每个透镜的入射面形状、出射面形状、厚度、折射率、散射都有多种设计自由度，并且通过这些自由度的优化，分配主扫描方向放大倍数使得偏转器一侧有负放大倍数、像平面一侧有正放大倍数。此外，由于出射光相对于入射光从光学元件的背面出射，所以即便当透镜光轴在副扫描方向上相对于光束不倾斜也不会有问题出现。
相反地，反射镜中，存在下面的限制。
(1)对于每个反射镜，仅有一个表面的表面形状可以得到控制。形状可控表面的数目对一个光学元件来说减一，而厚度、折射率或者散射则都无法控制。
(2)对于反射镜，与光学元件相比，出射光向入射光相同的一侧输出。因此，反射镜表面需要向副扫描方向倾斜使得满足下面条件i)第一反射镜上游侧的光程不被第二反射镜遮挡；ii)第二反射镜下游侧的光程不被第一反射镜遮挡。
研究结果清楚表明，在这样的限制条件下，对于具有一对反射镜的配置，如果主扫描方向上对象点侧由负放大倍数的光学元件形成，并且像平面侧由正放大倍数的光学元件形成，则可实现扫描光学系统所需的特性。即，成像元件由一对反射镜形成，并且使第一反射镜在主扫描方向上有负放大倍数、第二反射镜有正放大倍数，因此可获得下面的效果。
为了不受旋转多角镜表面不规则(从旋转中心到反射面的距离在面与面之间有区别的变化量)的影响，可考虑近似平行于主扫描方向的光束入射到旋转多角镜(参见图4)。这种情况下，fθ特性的f值近似等于成像系统的合成焦距。因此，距离像平面侧主点合成焦距的位置成为像平面。
使第一反射镜在主扫描方向上具有负放大倍数、第二反射镜有正放大倍数，因此，可使得在主扫描方向上，图像侧的主点比最后成像元件更靠近像平面。如图3所示，由于图像侧主点被移到比作为第二光学元件的第二反射镜更靠近像平面一侧，所以可以使第二反射镜和像平面之间的距离更长一些。
因此，可以使处理单元等的形状和布置自由度更高，并且通过保证第二反射镜和像平面之间的距离并且抑制旋转多角镜和像平面的反射面之间光程长度的增加，可以实现光束扫描装置、以及结合了该装置的曝光装置和图像形成装置的尺寸缩小。
在根据本实施例的结合了光束扫描装置的曝光装置中，除对上述第一实施例的要求以外，还对各个反射镜在副扫描方向有进一步的限定要求。
在根据本实施例的曝光装置中，上述第一实施例的各个反射镜中，第一反射镜在副扫描方向上有负放大倍数、第二反射镜在副扫描方向上有正放大倍数，像平面侧主点位置相比第二反射镜在主扫描方向和副扫描方向上都更靠近像平面。
如果光束以偏斜地入射到包括设计和制造公差的旋转多角镜，则旋转多角镜表面不规则的影响表现为扫描线在副扫描方向上的偏移。在副扫描方向上，为了校正旋转多角镜表面倾斜的影响，旋转多角镜的反射点和像平面设置为共轭关系。表面不规则的影响首先表现在表面不规则带来的反射点的位置偏移。此外，可以想到，如果光束以对角方向入射，则由于反射点的位置偏移，旋转多角镜上会出现副扫描方向位置上的偏移，并且它会被成像光学系统在副扫描方向上放大(缩小)并投影到像平面。由于这个原因，希望使副扫描方向上放大倍数的绝对值小一些，然而，为了这个目的，需要使图像侧主点的位置靠近像平面。
另一方面，从与对主扫描方向相同的观点来看，期望光学元件位于远离像平面的位置。
这样，同样在副扫描方向上，保留了负放大倍数的第一反射镜和正放大倍数的第二反射镜之间的关系，因此在主扫描和副扫描方向上获得期望特性的同时，可以保持第二反射镜和像平面之间的距离关系。
在根据本实施例的结合了光束扫描装置的曝光装置中，对上述第二实施例中各个反射镜在副扫描方向上做了进一步的限定。
在根据本实施例的曝光装置中，上述第二实施例的各个反射镜中，将第一反射镜副扫描方向上放大倍数的绝对值设置得大于第二反射镜副扫描方向上放大倍数的绝对值。
这样，第一反射镜副扫描方向上放大倍数的绝对值大于第二反射镜副扫描方向上放大倍数的绝对值，从而，可以使像平面侧主点位置非常靠近像平面。
具体设置如下所述。从将在下文描述的式(3′)看，为使像平面侧主点位置比第二透镜表面更靠近像平面，φ′1应为负且绝对值越大越好。另一方面，为了提供表面倾斜校正功能，有必要将旋转多角镜的反射面与像平面设置为共轭关系(conjugate relationship)，为此，需要合成放大倍数φ′t为正。通常，式(1′)右边的φ′1+φ′2设为正，然而，这里，φ′1+φ′2设置为负，-d2×φ′1×φ′2设置为正，并且d2设置的较大使得|φ′1+φ′2|＜|-d2×φ′1×φ′2|，因此，可以确认，即便正合成放大倍数的设置也完全可以满足扫描光学系统的性能。
在根据本实施例的结合了光束扫描装置的曝光装置中，对上述各个实施例中各个反射镜在副扫描方向上有进一步的要求。
根据本实施例的曝光装置中，对于偏转后光学系统的两个反射镜，它们在副扫描方向上不对称，在主扫描方向和副扫描方向上的曲率随主扫描方向和副扫描方向上的各个位置而变化。
通过偏转后光学系统的两个反射镜，可以获得优化的fθ特性、扫描线曲线、表面倾斜特性。
在根据本实施例的曝光装置中，对上述各个实施例中的各个反射镜的基体材料的线性膨胀系数有进一步的要求。
在根据本实施例的曝光装置中，位于旋转多角镜一侧的反射镜的基体材料的线性膨胀系数设置得比像平面一侧反射镜基体材料的线性膨胀系数要大。
因此，假定预定温度下各个元件的放大倍数为φ10和φ20，当温度从预定温度改变Δt度时各个反射镜的放大倍数为φ1和φ2，因为反射镜表面由于热膨胀而变化，因而以下方程分别成立。
φ1＝φ10/(1+α1Δt)
φ2＝φ20/(1+α2Δt)这里，α1是第一反射镜基体材料的线性膨胀系数，α2是第二反射镜基体材料的线性膨胀系数。
另一方面，两个光学元件的合成主点位置由上述式(2)和式(3)表达。
假定反射点和第一反射镜之间的距离为d1，第二反射镜和像平面之间的距离为d3，则光学元件的合成像平面侧主点到像平面的距离为d3-Δ2首先，考虑主扫描方向。
当近似平行的光束入射到偏转后光学系统时，由于成像位置离主点的距离为合成焦距f1，因而为了保证像平面位置固定不随温度变化，需要使ft-(d3-Δ2)＝1/φt-(d3-Δ2).............................(4)不是温度的函数。
因此，式(4)关于温度变化量Δt求微分的值希望为0。
d(1/φt-(d3-Δ2))/d(Δt)＝0.............................(5)这里，假定线性膨胀系数d1、d2，和d3相比反射镜基体材料的膨胀率足够小且不是温度的函数，如果用式(5)求α1，得到α1＝-α2(-1+d2φ10)2φ20/φ10..........................(6)
由于，如果式(6)中φ10为负，d2φ10也为负，(-1+d2φ10)2＞1。
此外，在这里讨论的范围中，获得的结果的范围是，在主扫描方向上，第二反射镜放大倍数的绝对值大于第一反射镜放大倍数的绝对值。因此-φ20/φ10＞1由于，如果这两个值，即，大于1的值相乘，则得到一个大于1的值，从式(6)可以知道期望α1＞α2。
接下来，考虑副扫描方向。
下面的φ′10和φ′20表示副扫描方向上预定温度的放大倍数，当与主扫描方向的值不同时在其上附“′”以示区别。
φ′1＝φ′10/(1+α1×Δt)φ′2＝φ′20/(1+α2×Δt)合成放大倍数由下式表达。
φ′t＝φ′1+φ′2-d2×φ′1×φ′2...........................(1′)根据透镜的成像方式，假定对象点和合成对象点侧主点之间的光程长度为S′1，合成像平面侧主点和像平面之间的距离为S′2，第一反射镜表面和合成对象点侧主点之间的距离为Δ′1，第二反射镜表面和合成图像侧主点之间的距离为Δ′2，Δ′1＝d2(φ′2/φ′t)........................................(2′)Δ′2＝-d2(φ′1/φ′t).......................................(3′)
S＇＝d1+Δ′1根据光学元件的近轴成像公式，1/S′1+1/S′2＝φ′t如果该式求S′2，则成像位置表达为S′2＝-S′1/(1-φ′tS′1).................................(7)另一方面，图像侧主点位置和像平面之间的距离表达为d3-Δ′2..................................................(8)式(7)和式(8)的差为成像点的偏移量。对其关于温度变化量Δt求微分，当该值为0时，不会出现温度变化的影响。即，d[(d3-Δ′2)-S′2]/d[Δt]＝0该式求α1，得到α1＝-α2(-d2-d1+d2d1φ′10)2φ′20/(d12φ′10)...........(9)放大倍数的分配上，有-(-d3-d1+d2d1φ′10)2φ′20/(d12φ′10)＞1，这种情况下，同样得到α1＞α2。即，期望第一反射镜基体材料的线性膨胀系数大于第二反射镜基体材料的线性膨胀系数。
在根据本实施例的曝光装置中，对上述各个实施例中的各个反射镜的具体结构进行了限定。
在根据本实施例的曝光装置中，位于旋转多角镜一侧的第一反射镜在主扫描方向上有负放大倍数，位于像平面一侧的第二反射镜在主扫描方向上有正放大倍数。具体来说，成像元件由两个反射镜构成，在主扫描方向上有负放大倍数的第一反射镜在主扫描方向上为凸形形状，在主扫描方向上有正放大倍数的第二反射镜在主扫描方向上为凹形形状。此外，第一反射镜在副扫描方向上为凸形形状，第二反射镜在副扫描方向上为凹形形状。因此，图像侧主点比第二反射镜在主扫描方向和副扫描方向上都要位于更靠近像平面一侧。
设置副扫描方向上第一反射镜的曲率的绝对值大于副扫描方向上第二反射镜的曲率的绝对值。此外，各个反射镜有在副扫描方向上不对称的自由弯曲面。位于旋转多角镜侧的第一反射镜的基体材料的线性膨胀系数被设为大于位于像平面侧第二反射镜基体材料的线性膨胀系数。
有了该结构，可以发挥与各个实施例同样的效果。
在根据本实施例的结合了光束扫描装置的曝光装置，对上述各个实施例中各个反射镜的具体排列结构进行了限定。
根据本实施例的曝光装置中，如图5所示，第一反射镜相对于旋转多角镜在副扫描方向上向预定方向(图5中往上)偏移，第二反射镜相对于第一反射镜沿预定方向的相同方向(图5中往上)偏移。此时，当在展开经过两个反射镜反射之后的折叠的状态下观察副扫描方向部分时，从第一反射镜能够看到光束通过预定方向(图5中往上，即，通过第二反射镜反射的光线穿过第一反射镜的副扫描方向、且设置有第二反射镜的一侧)。
即，图5中，该装置被设置为使第一反射镜在副扫描方向上比旋转多角镜朝上偏移，第二反射镜在副扫描方向上比第一反射镜朝上偏移，此外，第二反射镜反射的光束在副扫描方向上比第一反射镜朝上偏移。
因此，如果采用了第一和第二反射镜，则降低了设置位置的局限性，可以提高光程设计的自由度。
JP-A第2001-56445号和第2000-275557号中公开了传统的光程设计例子。
JP-A第2001-56445号中，采用了两个反射镜，旋转多角镜和第一反射镜几乎位于相同高度，第二反射镜向预定方向偏移。由第二反射镜反射的光束相对于第一反射镜穿过与预定方向相反的一侧(图2的下方)。
如JP-A第2001-56445号和第2000-275557号中所示，如果第二反射镜反射之后的光程被设置为通过旋转多角镜的反射表面和第一反射镜之间，则存在下述缺陷。
a)在光轴方向上，要求第二反射镜位于旋转多角镜和第一反射镜之间。
b)要求来自第二反射镜的反射光相对于旋转多角镜和第一反射镜之间的多角镜扫描线形成一个大的角度。
如果fθ特性、表面倾斜特性、扫描线曲线和聚焦特性不受a)的约束得到了优化，则有[(从旋转多角镜到第一反射面的光程长度)＜(从第一反射镜到第二反射镜的光程长度)]。如果来自第二反射镜的反射光在旋转多角镜和第一反射镜之间通过，则光束在旋转多角镜或第一反射镜上相交，如图6所示。
此外，考虑到有许多光束通过，如图7所示，则产生了对旋转多角镜和第一反射镜之间通过的所有光束的限制。
根据约束条件b)，如果在主扫描方向上有放大倍数的第二反射镜很大程度上相对入射光束是倾斜的，倾斜角度越大，第二反射镜产生的扫描线弯曲越厉害。为了对该情况进行校正，即使大大限制主扫描方向上的完整形状和副扫描方向上非球面形状，也很难对其他能力、fθ特性、表面倾斜特性、扫描线弯曲和副扫描方向上的聚焦特性进行优化。
此外，传统上，光束与副扫描方向相交，即，所取光程为，光束垂直输出到旋转多角镜的多角镜表面、在预定方向上被第一反射镜反射并倾斜，然后由第二反射镜反射，因此，来自第二反射镜的反射光在旋转多角镜和第一反射镜之间与扫描线相交。
该系统中，平面图上可以看到，第二反射镜的位置已经合理地位于旋转多角镜和第一反射镜之间。因此，由于需要保持[(旋转多角镜到第一反射面的光程长度)＞(从第一反射面到第二反射面的光程长度)]，并且将第一反射面的折叠角取较大值，因此，过去一直需要在一定范围内采取优化配置。
相反地，根据本实施例的曝光装置采取如下的配置。
在副扫描方向取这样的光程，其中光束倾斜输出到旋转多角镜的多角镜表面、被第一反射镜在预定方向上反射并倾斜，因此，来自第二反射镜的反射光在旋转多角镜和第一反射镜之间不与扫描线相交。
该系统中，降低了对第二反射镜位置的限制，并且可以保持[(旋转多角镜到第一反射面的光程长度)＜(从第一反射面到第二反射面的光程长度)]，没必要再将第一反射面的折叠角取较大值。
具体配置如下。
主光线到每个反射镜的入射点设置为原点，采取右手局部坐标系。X方向平行于入射光方向，与光束行进方向相同的方向在每一次反射时都在负和正之间切换。该局部坐标系中，X轴到Z轴的方向为角度的正向。
此外，Y方向平行于预定光束被扫描的方向，并且对所有光束都相同。在这一点上，采取从X轴看反射镜表面的垂直角的正弦取相同符号的光程。
因此，缓解了第一反射镜和第二反射镜在布置上的限制，并且缓解了主扫描方向上整体形状和副扫描方向上局部形状的限制，因此，可以改进副扫描方向上fθ特性、表面倾斜特性、扫描线曲线和聚焦特性。
在根据本实施例的结合了光束扫描装置的曝光装置中，对上述各个实施例中的各个反射镜的具体排列结构进行了限定。根据该实施例的曝光装置通过结合第一实施例和第七实施例来构成。
根据该构成，可以提供各个实施例的效果。此外，该结合中，如果反射镜法线相对入射光有一定角度，并且成像元件被设置成不中断光程，则由于在主扫描方向上提供放大倍数并使之偏斜而产生的扫描线弯曲可以利用排列自身的效果得到抑制。因此，非球面化的效果集中在成像特性、表面倾斜校正特性等上，并且可以得到改进。
此外，按第三实施例所述，为了能够取较大的d2，可以使副扫描方向上图像侧主点位置非常靠近像平面一侧。因此，副扫描方向上的横向放大β可以得到抑制。这样，对下文描述的第12实施例和第13实施例非常有效。
接下来，为了获得抑制扫描线弯曲的反射镜布置，假定一个主扫描方向上有曲率、副扫描方向上没有曲率的反射镜，则得到一个不产生扫描线偏移的情形。
图8示出了当偏转后光学系统中反射镜在副扫描方向上的曲率为0时，反射镜和光程的主光线沿副扫描部分方向在平面上的投影。扫描方向上中间部分的状态用实线示出，两边的状态由虚线示出，下面将讨论扫描线的弯曲程度。主光线到每个反射镜的入射点设置为原点，采取右手局部坐标系。X方向平行于入射光方向，与光束行进方向相同的方向在每一次反射中都在负和正之间切换。图上，在该局部坐标系中，X轴到Z轴的方向为角度的正向。此外，Y方向设置为平行于扫描预定光束的方向并且对所有光束都相同。
如果到第一反射镜的入射角为α1，反射镜沿垂直于反射镜反射面的方向偏移δ1(入射光一侧的偏移方向为负，入射光相反的偏移方向为正)，则主光线在反射光中间部分和两边之间的偏移量可由下式获得。
∠FAD＝2α1光束在相对于主光线的垂直方向上，在反射光的中间部分和两边处的偏移量为DF＝δ1/cos(∠DAC)×sin(∠FAD)＝δ1/cos(α1)×sin(2α1)＝2δ1sin(α1)...................................(10)
由于光束被其他反射镜折叠之后该偏移量保持不变，所以到扫描表面的入射光的偏移量通过叠加所有其他反射镜产生的偏移量来获得。
图8所示的两个反射镜情况下，从入射光看过去，相对右手局部坐标系X轴的反射镜法线方向分别为α1和α2，如果连接各个反射镜的光束所通过区域的两边及中间部分的直线之间的偏移量为δ1和δ2，则出射光位置的偏移量为2(δ1×sin(α1)+δ2×sin(α2))....................(11)假定主扫描方向上反射镜曲率半径为r(这里，当反射镜表面为凸时r取正号，当反射镜表面为凹时r取负号)，反射镜上光束扫描区域的扫描方向上宽度为ι，则带有连接各个反射镜光束通过区域的两边及中间部分的直线之间的偏移量δ的关系式为δ＝r×(1-cos(arctan(ι/2/r)))≈1/2/r×(ι/2)2.........(12)。
由于根据式(12)δ≈1/2/r×(ι/2)2，所以式(11)为1/4×(ι12/r1×sin(α1)+ι22/r2×sin(α2)).............(13)如果该式近似为0，则从这对反射镜输出的光束可以叠加起来。即，下面的式(14)是用来叠加从这对反射镜输出光束的条件方程。
1/4×(L12/r1×sin(α1)+L22/r2×sin(α2))＝0.........(14)该式求α2，条件表达为sin(α2)＝-ι12/ι22×r2/r1×sin(α1)........................(15)
这里r1是凸的为正，r2是凹的为负。因此，可以知道式(15)中-ι12/ι22×r2/r1为正，并且sin(α2)和sin(α1)同号。
这表达了图上的关系。即，该系统由一对fθ反射镜构成，第一反射镜相对旋转多角镜在副扫描方向上向预定方向(图8朝上)偏移，第二反射镜相对第一反射镜向预定方向相同的方向(图8朝上)偏移。这意味着，如果在经过两个反射镜反射之后的折叠展开的状态下观察副扫描方向，则从第一反射镜能看到光束通过预定方向(图8朝上)。
通过这样的设置，由于不再需要仅仅为了校正扫描线的曲线弯曲而改变副扫描方向上这对反射镜的法线方向，所以副扫描方向的形状可以根据成像特性、表面倾斜校正特性等在每个主扫描方向位置中确定，并且可以改进这些特性。
根据本实施例的曝光装置，通过结合第六实施例和第七实施例来构成。
在根据本实施例的曝光装置中，成像元件由两个反射镜形成，在主扫描方向上有负放大倍数的第一反射镜在主扫描方向上是凸形的，在主扫描方向上有正放大倍数的第二反射镜在主扫描方向上是凹形的。此外，第一反射镜在副扫描方向上为凸形，并且第二反射镜在副扫描方向上是凹形。因此，图像侧主点的位置在主扫描和副扫描方向上都比第二反射镜更靠近像平面一侧。
此外，副扫描方向上第一反射镜曲率的绝对值设置得大于副扫描方向上第二反射镜曲率的绝对值。此外，各个反射镜都有关于副扫描方向不对称的自由弯曲面。位于旋转多角镜侧的第一反射镜基体材料的线性膨胀系数设置的比像平面一侧第二反射镜基体材料的线性膨胀系数大。
此外，设置各个部件使得第一反射镜在副扫描方向上比旋转多角镜更靠上偏移，第二反射镜比第一反射镜更靠上偏移，另外，第二反射镜反射的光束在副扫描方向上比第一反射镜反射的光束更靠上偏移。
通过这样的结构，可以发挥与每个实施例同样的效果。
在根据本实施例的结合了光束扫描装置的曝光装置中，线性膨胀的影响被降到最低。即，如果使用了两个或多个反射镜，即便使用了采用较大线性膨胀系数的树脂作为基体材料并且用铝蒸发的反射镜，也可以抑制温度变化带来的特性变化。
在由两个反射镜形成的扫描光学系统的成像元件中，假定各自的基体材料不同，并且线性膨胀系数为α1和α2，主扫描方向上各自放大倍数为φ10和φ20，副扫描方向上各自放大倍数为φ′10和φ′20，两个反射镜之间的光程为d2，偏转器的反射点和第一反射镜之间的光程为d1，如果|α2-α1i|＞|α1-α1i|并且|α2-α′1i|＞|α1-α′1i|这里，α1i为式(6)的值，α′1i为式(9)的值，如果α1i＝-α2(-1+d2φ10)2φ20/φ10
α′1i＝-α2(-d2-d1+d2d1φ′10)2φ20/(d12φ′10)则相比采用通常的基体材料，可以很大程度地抑制温度变化引起的散焦的出现。
传统上，由于反射镜由单一基体材料形成，过去一直有必要为两个反射镜选择线性膨胀系数尽可能小的材料。
与此相反，本实施例中，最优组合不是通过最小化线性膨胀系数的绝对值来进行选择的。
在由两个反射镜形成的扫描光学系统的成像元件中，假定各自的基体材料不同，并且线性膨胀系数为α1和α2，主扫描方向上各自放大倍数为φ10和φ20，副扫描方向上各自放大倍数为φ′10和φ′20，两个反射镜之间的光程为d2，偏转器的反射点和第一反射镜之间的光程为d1，|α2-α1i|＞|α1-α1i|并且|α2-α′1i|＞|α1-α′1i|这里，α1i＝-α2(-1+d2φ10)2φ20/φ10α′1i＝-α2(-d2-d1+d2d1φ′10)2φ20/(d12φ′10)主扫描方向上成像位置不变的条件是α1i表达的式(6)，副扫描方向上成像位置不变的条件是α′1i表达的式(9)。如果分别选择线性膨胀系数接近这些值的基体材料，则可以抑制发生温度变化时成像特性的变化，并且也可以抑制出现散焦引起的光束直径的变化。
此外，可以获得降低fθ特性关于主扫描方向上的变化以及抑制表面倾斜校正功能在副扫描方向上变化的效果。
至少在使用了与第二反射镜材料的α2相同线性膨胀系数的第一反射镜材料的情况下，如果它们接近从式(6)和(9)得到的线性膨胀系数α1i和α′1i，则可以得到这样的效果。
也就是说，如果|α2-α1i|＞|α1-α1i|并且|α2-α′1i|＞|α1-α′1i|，就可以得到这样的效果。
根据本实施例的曝光装置中，调节两个反射镜的放大倍数为最优情况。
在由两个反射镜形成的扫描光学系统的成像元件中，设置主扫描方向上或者副扫描方向上第一反射镜的放大倍数或者两个方向上的放大倍数为负，设置主扫描方向和副扫描方向上第二反射镜的放大倍数为正，设置第一反射镜基体材料的线性膨胀系数比第二反射镜基体材料的线性膨胀系数大。
传统上，由于反射镜由单一基体材料生成，所以温度变化的影响过去一直通过分散放大倍数同时给两个放大倍数提供与总放大倍数相同的符号来抑制。当第一元件放大倍数设置为负并且最后元件的放大倍数设置为正时，认为是基体材料的最优组合。
例如，如果第一反射镜由PMMA形成并且第二反射镜由PC形成，则PMMA的线性膨胀系数为6.9×10-5(/度)，PC的线性膨胀系数为6.2×10-5(/度)，温度变化的影响相比它们均为PC或PMMA的情况可以进一步得到抑制。
在根据本实施例的结合了光束扫描装置的曝光装置中，调节偏转装置反射面和第一反射镜以及第二反射镜之间的光程长度。
具体来说，设置它们为(偏转装置反射面和第一反射镜之间的光程长度)＜(第一反射镜和第二反射镜之间的光程长度)。
该设置的目的是为了使反射镜可以安装，当采用该反射镜并在不遮挡光学路径的情况下放置成像元件时，使反射镜法线形成一个相对入射光的角度，条件是反射镜法线相对入射光的角度较小。
传统上，在(偏转装置反射面和第一反射镜之间的光程长度)＞(第一反射镜和第二反射镜之间的光程长度)的情况下，由于偏转装置反射面和第一反射镜之间的光束以及第一反射镜和第二反射镜之间的光束，二者之间的角度需要设置得较大使得第二反射镜不会在偏转装置反射面和第一反射镜之间遮挡扫描线，并且为了根据布置来校正扫描线曲线弯曲需要反射镜形状为扭转状，此条件在成像特性上是缺点。
相反地，本实施例中，由于第二反射镜位于第一反射镜相反的一侧，中间有旋转多角镜，即，位于在中间有旋转多角镜情况下没有光束的一侧，防止了第二反射镜甚至以一很小的角度遮挡偏转装置反射面和第一反射镜之间的光学路径。
因此，放置偏转装置反射面、第一反射镜和第二反射镜使得(偏转装置反射面和第一反射镜之间的光程长度)＜(第一反射镜和第二反射镜之间的光程长度)成立。
a)第一反射镜表面相对第一反射镜入射光的倾斜越小越好。如果第一反射镜在主扫描方向上有放大倍数，则从副扫描方向部分看到的反射点发生了位置偏移，当反射镜在副扫描方向上倾斜时，期望将依照主扫描方向位置在扫描线中产生的弯曲部分的量抑制到最低。
b)需要放置第二反射镜使之不遮挡旋转多角镜和第一反射镜之间光束的光学路径，并且保持第二反射镜末端和旋转多角镜和第一反射镜之间的光程长度同时使得角度越小，第一反射镜和第二反射镜之间的光程长度越长越好。
此外，期望第二反射镜置于旋转多角镜和第一反射镜之间没有光束的位置，使得上述条件不会成为角度的约束条件。
问题是，必须放置反射镜使之不与旋转多角镜接触，然而，如果距离使用区域有约0.5mm的宽容度(latitude)，则旋转多角镜可以保持精度。
另一方面，具有放大倍数的表面通常需要约2～3mm的宽容度，这样的话，避开旋转多角镜就更容易。
此外，如上所述，副扫描方向上图像一侧主点位置可以非常靠近像平面一侧，可以增大安装的自由度并且通过取第二反射镜和像平面之间较大的光程长度，副扫描方向上的横向放大β可以得到抑制。这对下文描述的第13实施例非常有效。
在根据本实施例的结合了光束扫描装置的曝光装置中，调节各个元件之间的光程长度以及副扫描方向上的放大倍数和横向放大(lateral magnification)。
使用一对光学元件，设置第一光学元件副扫描方向上的放大倍数为负，设置第二光学元件副扫描方向上的放大倍数为正。设置这对光学元件之间的光程长度，副扫描方向上的放大倍数和横向放大为下面的关系。
＞(2×副扫描方向上的横向放大)，副扫描方向上的横向放大＜0.5，[(最后元件和像平面之间的光程长度)/(偏转器反射点和最后元件之间的光程长度)]＞1.5。
这是因为，在由于设计或装配上变化的影响等引起光束偏斜地入射到旋转多角镜入射面的光学系统中，期望可以抑制副扫描方向上旋转多角镜表面不规则对副扫描方向上光束位置的影响。出于此目的，需要对副扫描方向上的横向放大进行抑制。
另一方面，保证最后成像元件到像平面的距离同时抑制上述T.T.的增加，允许处理单元等的形状和排列上自由度的改进以及尺寸变小为M/C。
传统的JP-A第4-277715号中，讨论了用来将副扫描方向上横向放大抑制为1.2或者更小的配置。从实施该配置的例子中看到，最后成像元件和像平面之间的距离很小，安装上的限制变得很大。横向放大的抑制以及最后成像元件和像平面之间距离的增加是相互矛盾的要求。
相反地，本实施例中，在有表面倾斜校正功能的扫描光学系统情况下，设计偏转器反射面的副扫描表面和像平面为共轭关系。此时副扫描方向上横向放大定义为β。
如果光束倾斜入射到偏转面，则由于表面不规则性，副扫描方向上光束在旋转多角镜上的位置发生变化。该情况示于图9。由于旋转多角镜的表面不规则程度很小，所以旋转多角镜反射表面和基于其的像平面之间的横向放大变化很小。因此，假定表面不规则程度为Δ，入射光束和旋转多角镜法线之间的角度为α，副扫描方向上到旋转多角镜的入射角为θ，副扫描方向上的横向放大为β，则旋转多角镜上的光束位置偏移量为Δ×tanθ/cosα，作为其图像，像平面上位置的变化量为β×Δ×tanθ/cosα。
从上面的讨论，可以知道，为了抑制像平面上位置的变化同时允许Δ在某种程度上变化，应使副扫描方向上横向放大β尽可能小。
即，作为一种抑制表面不规则对偏斜入射光学系统影响的措施，考虑了一种抑制横向放大的方法。解决方案是，可想到使得最后光学元件更靠近像平面并且给最后光学元件提供表面倾斜校正功能。然而，这会降低安装自由度。强烈期望最后光学元件和像平面之间的距离取较大值，但是，不希望上述T.T.取得太长。
研究了在满足主扫描方向和副扫描方向上fθ特性、表面倾斜校正功能、像平面弯曲校正的要求，扫描光学系统所要求的整个扫描区域上一致的光束直径的同时，该技术实现到何种程度。
采用一个透镜的情况下，在薄光学系统中，保持(最后元件和像平面之间的光程长度)/(偏转装置反射面和像平面之间的光程长度)≈副扫描方向上的横向放大。作为一个目标，期望使副扫描方向上的横向放大大约为关系式中的一半。保持(最后成像元件和像平面之间的距离)≈(最后成像元件位置到合成图像一侧主点的距离)+1/((1/焦距)-(1/旋转多角镜反射面和对象点一侧主点之间的距离))，但是，如果焦距变大，则需要像频高一些。因此，最好不采取这种方法。
因此，使副扫描方向上对象点一侧主点和像平面一侧主点位置更靠近像平面一侧。
为了使旋转多角镜反射点和对象点一侧主点之间的光程长度长一些，图像一侧主点和像平面之间的光学距离短一些来降低横向放大，在副扫描方向，同样使得第一反射镜的放大倍数为负并且第二反射镜的放大倍数为正。
研究结果表明，关于该关系式，在至少采用一对光学元件(对该发明，描述的是反射镜)并且使得第一光学元件的副扫描方向放大倍数为负，第二光学元件的副扫描方向放大倍数为正的情况下，可以得到解决方案，实现[(最后元件和像平面之间的光程长度)/(偏转器反射点和最后元件之间的光程长度)]＞(2×副扫描方向上的横向放大)。此外，特别地，我们知道，可以实现保持0.2＜β(.24138，.3186，.3779)＜0.5
(最后元件和像平面之间的光程长度)/(偏转器反射点和最后元件之间的光程长度)＝404/250＝1.612＞1.5的配置。
在根据本实施例的结合了光束扫描装置的曝光装置中，通过结合第八实施例和第十三实施例实现。
有了第八实施例的效果，第二反射镜和像平面之间的距离可以取得大一些。此外，当通过采取第八实施例的配置来实现第十三实施例时，如果来自偏转前光学系统的光束倾斜入射到旋转反射镜，则可以抑制表面不规则引起的副扫描方向光束位置的变化。
根据本实施例的结合了光束扫描装置的曝光装置通过结合第九实施例和第十三实施例构成。
根据该结构，可以发挥与上述各个实施例同样的效果。
扫描多个光束时，提供了用来通过仅对第二反射镜反射后的部分光束折叠将光束分离的反射镜。关于光束分离的位置，在副扫描方向上，多角镜距离在第二反射镜上的折叠点越远，该位置到第二反射镜的距离就越近。
如果一组光学系统提供多个扫描线，则期望在抑制上述T.T.并且降低成像反射镜尺寸的同时改进特性。
传统上，已有采用透镜的系统，然而，在采用透镜的系统中，透镜厚度越厚，为了将其配置成扫描线宽度不会随波长的变化而变化的费用也增加。此外，透镜厚度薄的话，出现的问题是扫描线宽度随波长的变化而变化。
相反地，本实施例中，采用了不受波长影响的反射镜。由于这里采用了反射镜，会出现入射光和出射光在光学元件的相同方向上并且光程在反射镜附近重叠的问题。然而，可以设计一种构造作为该问题的解决办法。该构造如下叙述。
该构造为，扫描多个光束时，提供了用来通过仅对第二反射镜反射后的部分光束折叠来将光束分离的反射镜。关于光束分离的位置，副扫描方向上多角镜距离第二反射镜上的折叠点越远，该位置到第二反射镜的距离就越近。
根据该构造，从第七实施例引用的图5看到，观察第二反射镜之后光束的扫描光束轨迹的副扫描部分，关于可在第一反射镜和第二反射镜之间分离的光束，副扫描方向的上侧(副扫描方向上远离多角镜方向)光束位于光程的上游，即，第二反射镜一侧。
从光束RAY 22、RAY 32、RAY 42分离出光束RAY 12的分离点位于光轴方向上到第二反射镜距离为最短的位置，即，距离第二反射镜最近的位置，从光束RAY 32和RAY 42分离出光束RAY 22的分离点位于光轴方向上到第二反射镜距离为次短的位置，从光束RAY 42分离出光束RAY 32的分离点位于光轴方向上到第二反射镜距离为最长的位置，即，距离第二反射镜最远的位置。
因此，设置分离位置使得来自副扫描方向上多角镜的第二反射镜上较远折叠点的光束更靠近第二反射镜。这样可以使得，将可在最近位置分离的光束分离之后到第二反射镜的光程长度较长，同时缩短了第二反射镜之后的光程长度。
缩短第二反射镜之后光程长度的能力可以减小部件的尺寸。此外，反射镜角度偏移的影响正比于反射镜排列之后的光程长度。例如，如果反射镜倾斜α，光束倾斜2α，并且当光束行进距离L时，偏移量为L×tan(2α)。考虑到这个原因，由于L会变小，所以也会降低角度偏移的影响。
如果加长分离之后最上端一侧可分离光束的光程长度，则可以保证感光体(photoconductor)的行距(pitch)以及感光体和光学系统之间的距离，并且可以容装大尺寸的处理单元。
在根据本实施例的结合了光束扫描装置的曝光装置中，通过将第二反射镜上各个光束的间隔取为要在第十六实施例中下侧分离的光束的间隔来配置。
根据该配置，由于抑制了副扫描方向上横向放大β以便降低旋转多角镜表面不规则的影响，所以距离像平面越近，各个光束之间的间隔就越小。
据此，随着光束在更下游侧的位置分离，第二反射镜上光束之间的间隔也更大，如下。
RAY1和RAY2之间的间隔＜RAY2和RAY3之间的间隔＜RAY3和RAY4之间的间隔。
本实施例中，一组光学系统提供多个扫描线，并且，在用分离装置导引各个扫描线到远距离位置的光学系统中，使得偏转器的旋转多角镜厚度变薄。这是基于旋转多角镜厚度α风阻损失的关系。薄的偏转器的旋转多角镜厚度通过降低电机功率和提高旋转数来抑制生热和噪声。
传统偏转器中，多面镜的厚度较厚。因此，增大了电机功率，并增加了费用、生热和噪声。正因为这样，很难提高旋转数。
相反地，本实施例中，扫描多个光束，并且结合了第七和第十三实施例。此外，该配置中，多个光束在旋转多角镜和第一反射镜之间在副扫描方向上相交。
这种情况下，可以另外结合第十二实施例。
因此，只要降低偏转器的旋转多角镜厚度及电机功率，并且抑制生热和噪声，就可以提高旋转数。
本实施例为一个光学系统，其中，只要抑制了成像反射镜的尺寸和旋转多角镜的厚度，就可以保证第一分离点到像平面的距离。
具体地说，扫描多个光束并且结合了第八和第十三实施例。此外，该配置中，多个光束在旋转多角镜和第一反射镜之间在副扫描方向上相交。
这种情况下，可以另外结合第十二实施例。
因此，可以保证第一分离点到像平面的距离。
下面，将参考附图详细描述根据本发明实施例的具体曝光装置。
图11A到11C说明作为本发明一个实施例的一种曝光装置。
图11A显示从俯视方向(从将在下文描述的偏转装置的旋转轴方向)看过去，结合到成像装置中的曝光装置到第二反射镜的状态，图11B显示与图11A所示平面方向垂直的方向(从与相同偏转器装置的旋转轴方向垂直的方向)看过去的状态。分别显示了，偏转装置的偏转角相对于通过设置在偏转装置反射点和扫描表面之间的光学元件的光束为0°的状态。这种类型的曝光装置中，由于彩色图像在用各光束形成潜像的各个成像单元中利用减法混色(subtraction color mixing)形成，所以，典型地，采用了分离为颜色分量Y，即，黄色，颜色M，即，洋红色，C，即，青色和K，即，黑色(用于上墨)的四种图像数据颜色以及用来关于相应Y、M、C和K的每个颜色分量来形成图像的四组不同单元。因此，下文的叙述中，关于各个分量的图像数据以及与之对应的单元，通过给附图标号附加Y，M，C和K来区分。
如图11B所示，曝光装置扫描针对基于已知的减法混色来形成经过颜色分离出的颜色分量所对应的图像的第一到第四光束LY、LM、LC和LK。各个感光体58(Y，M，C和K，下文，对形成所有第一到第四曝光系统的部件进行统一描述时，用给附图标号添加“*”来表示)，依次按58Y、58M、58C和58K的顺序排列，放置在通过用于曝光黄色、洋红色、青色和黑色图像的第三反射镜37Y、37M、37C和37K从曝光装置输出到外部的四个激光束L*的各个扫描线相对应的位置。
通过曝光装置的各个反射镜37Y、37M、37C和37K导引到各个感光鼓58*的四个激光束L*从四个半导体激光阵列元件输出，并且从各个充电单元和各个显影单元(未显示)照射到各个反射镜37Y、37M、37C和37K所对应的各个感光鼓58*的圆周表面上的预定位置。
曝光装置含四个激光阵列元件3Y、3M、3C和3K，偏转装置5、偏转前光学系统7*和偏转后光学系统9。
四个激光阵列元件3Y、3M、3C和3K在每个组件中包含两个发光点，用来为成像装置(未显示)中四组成像单元形成的各个经过颜色分离出来的颜色分量的图像所对应的四种颜色，发出图像数据对应的激光束。偏转装置5包含可旋转形成的多个反射面5a，它通过以预定速度旋转各个反射面5a，将从各个激光阵列元件输出的激光束以预定角速度朝设置在预定位置的扫描面偏转，即，四组成像单元的四个感光鼓58Y、58M、58C和58K。偏转前光学系统7*设置在各个激光阵列元件3*和偏转装置5之间，并且以预定形式形成各个激光束L*的各个局部束斑形式，以及将各个光束排列为四组激光束。偏转后光学系统9对通过偏转器5偏转(反射)到光电鼓58*的激光束进行成像。
这里，偏转装置5偏转(连续并线性地反射)各个激光束的方向(与反射面5a旋转方向平行的方向)称为“主扫描方向”，当通过反射镜形成折叠而旋转反射装置5a的反射面5a时，垂直于主扫描方向并且平行于旋转轴轴向的方向称为“副扫描方向”。
从各个激光阵列元件发出的八个激光束通过靠近各个激光阵列元件设置的四个准直透镜11Y、11M、11C和11K转换为近似平行的光束。所有准直透镜都可以根据偏转后光学系统9透镜的合适选择来用有限焦距透镜代替。
用各个准直透镜使之平行的八个、四组激光束，以预定的部分光束形式通过置于准直透镜后端焦点位置的光圈13Y、13M、13C和13K提供，激光束对LYa和LYb、LMa和LMb、以及LCa和LCb、LKa和LKb按照它们被偏转装置5偏转的方向相对于副扫描方向以预定间隔相互对齐。截面图(图5和图7)所示的Ray 1a、Ray 1b、Ray 2a、Ray 2b、Ray 3a、Ray 4a和Ray 4b分别用作LYa、LYb、LMa、LMb、LCa、LCb、LKa和LKb。
这里，由于从各个激光阵列元件输出两个光束，并且从同一个激光阵列输出的光束几乎重叠，因此在不需要专门分开描述这两个光束的情况下，它们作为一个光束描述。即光束L*通常指L*a和L*b。
图12显示的是组合用的反射镜以及通过组合用反射镜折叠的各个光束之间的关系。
经过准直透镜11K准直的光束LK通过柱状透镜17K使之至少相对于副扫描方向聚焦，然后，依次通过激光组合反射镜19Y、19M和19C向副扫描方向偏移，并被引导至偏转装置5的反射面5a。
同样，经过准直透镜11C准直的光束LC通过柱状透镜17C使之至少关于副扫描方向聚焦，然后，通过激光组合反射镜19C反射对齐，以便光束沿主扫描方向主要叠加到激光束LY上，并沿副扫描方向通过激光束LK的内侧(靠近偏转器5反射面5a的副扫描方向长度的中心)，依次通过激光组合反射镜19M和19Y向副扫描方向偏移，并被引导至偏转装置5的反射面5a。
此外，经过准直透镜11M准直的光束LM通过柱状透镜17M使之至少关于副扫描方向聚焦，然后，通过激光组合反射镜19M反射对齐，以便光束关于主扫描方向主要叠加到由激光组合反射镜19C折叠的激光束LC上，经过从激光组合反射镜19Y向副扫描方向偏移的光程，并被引导至偏转装置的反射面5a。
此外，经过准直透镜11Y准直的光束LY通过柱状透镜17Y使之至少关于副扫描方向聚焦，然后，通过激光组合反射镜19Y反射对齐，以便光束关于主扫描方向主要叠加到激光组合反射镜19M折叠的激光束LM上，其位置在关于副扫描方向比激光束LM向外的一侧，并位于激光束LK相对于偏转装置5反射面5a的副扫描方向长度的中心相反的一侧，然后被引导至偏转装置5的反射面5a。
利用偏转器5各个反射面5a的旋转依次进行偏转的八个(四组)激光束通过第一和第二成像反射镜23和25(偏转后光学系统9)，因此，通过各个反射镜提供了预定的成像特性。然后，最优化设置其成像条件(偏离光束聚焦到扫描表面某个点的理想条件)、成像位置(主扫描方向和副扫描方向上主光线的位置)、部分光束直径及其形式、像差状态等，并且将光束导向扫描表面(感光鼓58*的圆周表面)。
因此，在降低扫描线曲率、抑制构成偏转装置反射面的旋转多角镜表面斜度变化引起的副扫描方向位置变化(表面倾斜校正)、并且保持fθ特性来固定主扫描方向上光束的扫描速度的同时，也提供了抑制像平面弯曲从而均匀化整个扫描区域中成像位置的功能。
在“作为具有至少相对于副扫描方向偏转光束功能的非平面成像光学装置的偏转后成像元件9”的下游端，即，位于偏转后成像元件9和扫描表面之间，被引导至扫描表面的各个激光束依次分别被作为用于分离光束的分离反射镜的反射镜33Y、33M和33C、用来折叠光程的反射镜34K、用来将这些反射镜折叠的光束导向到更远分离位置的反射镜35Y和37Y、35M和37M、35C和37C以及35K和37K折叠，再通过防尘玻璃39*并照射到扫描表面。
分离反射镜和反射镜33Y、33M、33C、34K、35M、35C、35K、37Y、37M、37C和37K中的每个都利用例如气相沉积，以预定厚度在典型浮法玻璃的一侧形成铝等金属层作为反射面来制作。
偏转后光学系统由一对成像反射镜构成，第一反射镜相对于旋转多角镜沿关于副扫描方向的预定方向(图11中往上)偏移，第二反射镜相对于第一反射镜沿预定方向的相同方向(图11中往上)偏移。此时，如果图10B示出了副扫描方向部分处于可以观察到经过两个反射镜反射之后的折叠展开的状态，则可以知道，光束通过从第一反射镜看的预定方向(图10B中朝上)。
这里，提供了通过仅折叠第二反射镜25反射之后的部分光束来分离光束的反射镜33Y、33M和33C。关于光束分离的位置，沿副扫描方向从多角镜到第二反射镜25上的折叠点越远，则到第二反射镜25的位置越近。
放置分离反射镜使之不遮挡第一反射镜23和第二反射镜25之间光程的次序为，反射点在位于光程的上游端并沿副扫描方向与多角镜分离的第二反射镜上的光束的次序。从图11B可以看到，光束可以在上游以光束LY、LM和LC的次序分离。
从第二反射镜到像平面，光轴离开偏转前光学系统的顺序与上述次序相同，以便光束之间留有空间。因此，从第二反射镜25到像平面，在最上游侧的LY和LM之间，留有用来插入分离反射镜的间隔，从而可以保证LM和LC之间以及LC和LK之间的空间。
这里，由于为了降低旋转多角镜表面不规则的影响，副扫描方向上的横向放大抑制为较小，所以越靠近像平面，各个光束之间的间隔也就越小。
据此，随着光束在越往下游侧的位置分离，第二反射镜上光束之间的间隔取值越大LY和LM之间的间隔＜LM和LC之间的间隔＜LC和LK之间的间隔因此，可以拉长可在最近位置分离的光束到第二反射镜的光程长度，同时，缩短了第二反射镜之后的光程长度。
缩短第二反射镜之后光程长度的能力允许缩小单元的尺寸。此外，反射镜角度偏移的影响正比于反射镜排列之后的光程长度。例如，如果反射镜倾斜α，光束倾斜2α，并且当光束行进距离L时，偏移量为L×tan(2α)。考虑到这个原因，由于L会变小，所以也会降低角度偏移的影响。
通过加长分离之后可在最上游端分离的光束的光程长度，可以保证感光体行距以及感光体和光学系统之间的距离，并且可以容纳大尺寸的处理单元。
表1提供了工作例子中偏转前光学系统的光学数据，表2提供了工作例子中偏转后光学系统的光学数据，表3提供了代表成像反射镜的形状以及近轴主要取值的数据。由于表3的公式部分由通常代表副扫描方向和主扫描方向上的表达式来表示，所以，忽略了代表副扫描方向的“′”。
此外，由于表1、2、4和5中厚度的符号采用其正负在每次反射时切换的局部坐标来描述，所以，该符号与用来研究近轴光的光程长度不同。
关于表3和6所示的反射镜曲率，假定当曲率中心位于入射光相对反射镜面的行进方向时曲率为正，当曲率中心位于入射光行进方向相反一侧时曲率为负，由于表面形状1的符号在正负号上变得相反，所以第一反射镜的曲率在主扫描方向和副扫描方向上均变为正，第二反射镜的曲率在主扫描方向和副扫描方向上均变为负。这表明第一反射镜在主扫描方向和副扫描方向上均为凸形形状，第二反射镜在主扫描方向和副扫描方向上均为凹形形状。
此外，关于各个反射镜的放大倍数，结果表明，第一反射镜在主扫描方向和副扫描方向上均为负，第二反射镜在主扫描方向和副扫描方向上均为正。
此外，第一反射镜副扫描方向上放大倍数的绝对值大于第二反射镜副扫描方向上放大倍数的绝对值。
此外，同时也示出了主点位置Δ，并且对象点侧主点Δ1和图象侧主点Δ2都取正值。这意味着对象点侧主点位于比第一反射镜更靠近像平面的一侧，图像侧主点位于比第二反射镜更靠近像平面的一侧，这样通过保证反射镜到像平面的距离，可以增加安装自由度。
此外，表3和6中，示出了用来定义偏转后光学系统内反射镜形状的式子和系数，两个反射镜同样在z方向上有奇数阶次的非零系数项以及在副扫描方向上有不对称形状。此外，∑al_m×y^l×Z^m＝∑al_m×yl×Zm这一项中的系数在较高阶项中非零，可以知道，主扫描方向和副扫描方向中的曲率根据主扫描方向和副扫描方向中的位置不对称地变化。
从这些项上，这对反射镜中，可以充分满足成像特性、fθ特性、扫描线的弯曲和表面倾斜校正功能。
此外，如表2和5所示，第一反射镜的基体材料为PMMA，第二反射镜的基体材料为PC。PMMA的线性膨胀系数为6.9×10-5(/度)，PC的线性膨胀系数为6.2×10-5(/度)。相比通过第一反射镜基体材料的线性膨胀系数使得它们均为PC的情况，可以进一步降低由温度带来热膨胀的影响。
表3和6中线性膨胀系数比α1i/α2分别表示从式(6)和式(9)得到的线性膨胀系数的理想比，借助这个关系，不会出现由于主扫描方向和副扫描方向中温度改变带来的变化。实际上，这些值是中间部分的取值，然而，实际上，由于各个反射镜没有大的放大系数变化，所以这些值足以表示整个反射镜。
表3的情况中，理想情况下，主扫描方向的线性膨胀系数比为7.5，副扫描方向的线性膨胀系数比为22.8，然而，PMMA和PC之间比值的数量级为1.1。校正效果优于相同材料的校正效果，但是会提高费用。因此，采用线性膨胀系数为72×10-7的玻璃当作第二反射镜，使得比值为9.5，性能上会有优势。
无需多言，同样在这种情况下，第一反射镜基体材料的线性膨胀系数大于第二反射镜基体材料的线性膨胀系数。
当第一反射镜为PMMA时，第二反射镜为PC和玻璃的两种情况下，如果偏离理想值较大，则满足|α2-α1i|＞|α1-α1i|和|α2-α′1i|＞|α1-α′1i|这里，α1i＝-α2(-1+d2φ10)2φ20/φ10α′1i＝-α2(-d2-d1+d2d1φ′10)2φ20/(d12φ′10)如果第二反射镜为玻璃，则因为满足|α2-α1i|＞|α1-α1i|条件，但是|α2-α1i|＞|α1-α1i|的值本身很小，所以这点就不成问题。
此外，(偏转装置反射面和第一反射镜之间的光程长度)和(第一反射镜和第二反射镜之间的光程长度)的比较示于表2和5下面，二者满足的关系为(偏转装置反射面和第一反射镜之间的光程长度)＜(第一反射镜和第二反射镜之间的光程长度)。
此外，关于各个光束，表明满足的关系为(最后元件和像平面之间的光程长度)/(偏转器反射点和最后元件之间的光程长度)＞2×副扫描方向上横向放大，此外，副扫描方向上横向放大＜0.5，(最后元件和像平面之间的光程长度)/(偏转器反射点和最后元件之间的光程长度)＞1.5成立。
图13说明进一步放大的光束的光程。横轴的原点表示偏转器反射表面上的位置，纵轴表示副扫描方向位置。通过增加偏转前光学系统的光程同时用旋转多角镜形成折叠，来形成副扫描方向横轴近似为0的位置和从-100到0的位置的光程。通过使多个光束在旋转多角镜和第一反射镜之间沿副扫描方向相交，能够降低旋转多角镜的厚度。
该工作例子中，描述了用来提供多个光束的光学系统，然而，同样适用于使用其中之一的单个光束的情况。这种情况下，也可以发挥与上述各个实施例相同的操作和效果。
表1波长 0.00067mm偏转角 23.45度旋转多角镜内切圆的半径 23.44mm旋转多角镜y的旋转中心 21.74mm旋转多角镜x的旋转中心 8.783mm旋转多角镜的面数 8个面
有限长透镜成像位置
表2
表3fθ反射镜表面形状为x＝(cuy*y^2+cuz*z^2)/(1+Sqrt(1-ay*cuy^2*y^2-az*cuz^2*z^2))+∑al_m*y^l*z^m(这里，y是主扫描方向位置，z是副扫描方向位置)表面形状1用fθ1反射镜表面来表示(这里，X是光线行进方向，光线行进方向为负)
cuy＝-0.001298ay＝1cuz＝0.045233613az＝1alm (上述值为y＝0和z＝0时的取值)
表面形状2用fθ2反射镜表面来表示(这里，X是光线行进方向，光线行进方向为正)
cuy＝-0.000707071ay＝1cuz＝-0.003214468az＝1alm (上述值为y＝0和z＝0时的取值)
反射镜距离d(mm) 178.4516422d1 72.34089686
(上述值为y＝0和z＝0时的取值)Δ从第一反射镜(光程下游侧为正)到对象点侧主点的距离Δ′从第二反射镜(光程下游侧为正)到图像侧主点的距离线性膨胀系数比(1度)PMMA0.000069PC 0.000062GLASS 0.0000072当第二反射镜的材料为PC时 当第二反射镜的材料为玻璃时
表4波长 0.00067mm偏转角23.51度旋转多角镜内切圆的半径23.76mm旋转多角镜y的旋转中心 22.01mm旋转多角镜x的旋转中心 8.969mm旋转多角镜的面数 8个面
有限透镜成像位置
表5
表6fθ反射镜表面形状为x＝(cuy*y^2+cuz*z^2)/(1+Sqrt(1-ay*cuy^2*y^2-az*cuz^2*z^2))+∑al_m*y^l*z^m(这里，y是主扫描方向位置，z是副扫描方向位置)表面形状1用fθ1反射镜表面来表示(这里，X是光线行进方向，光线行进方向为负)
cuy＝-0.001326596ay＝1cuz＝0.052941248az＝1alm (上述值为y＝0和z＝0时的取值)
表面形状2用fθ2反射镜表面来表示(这里，X是光线行进方向，光线行进方向为正)
cuy＝-0.000711584ay＝1cuz＝-0.003212359az＝1alm (上述值为y＝0和z＝0时的取值)
反射镜距离d(mm)178.09409d1 53.07108032
(上述值为y＝0和z＝0时的取值)Δ从第一反射镜(光程下游侧为正)到对象点侧主点的距离Δ′从第二反射镜(光程下游侧为正)到图像侧主点的距离线性膨胀系数比(1度)PMMA0.000069PC 0.000062GLASS 0.0000072当第二反射镜的材料为PC时 当第二反射镜的材料为玻璃时
权利要求
1.一种光束扫描装置，包括旋转多角镜，用于沿主扫描方向扫描来自偏转前光学系统的光束；以及两个反射镜，用于将通过所述旋转多角镜扫描的光束在像平面上成像，其中，位于所述旋转多角镜侧的第一反射镜在主扫描方向上具有负放大倍数，并且，位于所述像平面侧的第二反射镜在主扫描方向上具有正放大倍数。
2.根据权利要求1所述的光束扫描装置，其中，所述第一反射镜在副扫描方向上具有负放大倍数，所述第二反射镜在所述副扫描方向上具有正放大倍数，并且，图像侧主点在所述主扫描方向和所述副扫描方向上都位于比所述第二反射镜更靠近所述像平面的位置。
3.根据权利要求2所述的光束扫描装置，其中，所述第一反射镜在所述副扫描方向上放大倍数的绝对值大于所述第二反射镜在所述副扫描方向上放大倍数的绝对值。
4.根据权利要求1所述的光束扫描装置，其中，偏转后光学系统包括两个反射镜，所述反射镜在所述副扫描方向上不对称，并且在所述主扫描方向和所述副扫描方向上有随在所述主扫描方向和所述副扫描方向上的位置而变化的曲率。
5.根据权利要求1所述的光束扫描装置，其中，位于所述旋转多角镜侧的反射镜的基体材料的线性膨胀系数大于位于所述像平面侧的反射镜的基体材料的线性膨胀系数。
6.根据权利要求1所述的光束扫描装置，其中，所述第一反射镜在所述主扫描方向和所述副扫描方向为凸形形状，所述第二反射镜在所述主扫描方向和所述副扫描方向为凹形形状。
7.一种光束扫描装置，包括旋转多角镜，用于沿主扫描方向扫描来自偏转前光学系统的光束；以及两个反射镜，用于将通过所述旋转多角镜扫描的光束在像平面上成像，其中，位于所述像平面侧的第二反射镜相对位于所述旋转多角镜侧的第一反射镜向副扫描方向的预定方向偏移，并且，通过所述第二反射镜反射的光束穿过与所述第一反射镜的所述副扫描方向的预定方向相同的方向。
8.一种光束扫描装置，包括旋转多角镜，用于沿主扫描方向扫描来自偏转前光学系统的光束；以及两个反射镜，用于将通过所述旋转多角镜扫描的光束在像平面上成像，其中，位于所述旋转多角镜侧的第一反射镜在所述主扫描方向上有负放大倍数，并且位于所述像平面侧的第二反射镜在所述主扫描方向上有正放大倍数，并且其中，所述第二反射镜相对所述第一反射镜向副扫描方向的多个方向之一偏移，并且通过所述第二反射镜反射的光束穿过与所述第一反射镜的所述副扫描方向的多个方向之一相同的方向。
9.一种光束扫描装置，包括旋转多角镜，用于沿主扫描方向扫描来自偏转前光学系统的光束；以及两个反射镜，用于将通过所述旋转多角镜扫描的光束在像平面上成像，其中，位于所述旋转多角镜侧的第一反射镜在所述主扫描方向和副扫描方向为凸形形状，位于所述像平面侧的第二反射镜在所述主扫描方向和所述副扫描方向为凹形形状，并且其中，所述第一反射镜向所述副扫描方向的多个方向之一偏移，所述第二反射镜类似于所述第一反射镜向所述副扫描方向的一个方向偏移，通过所述第二反射镜反射的光束穿过所述第一反射镜的所述副扫描方向的所述一个方向。
10.一种光束扫描装置，包括旋转多角镜，用于沿主扫描方向扫描来自偏转前光学系统的光束；以及两个反射镜，用于将通过所述旋转多角镜扫描的光束在像平面上成像，并且假定位于所述旋转多角镜侧的第一反射镜的基体材料的线性膨胀系数为α1，位于所述像平面侧的第二反射镜的基体材料的线性膨胀系数为α2，在所述主扫描方向上各自放大倍数为φ10和φ20，在副扫描方向上各自放大倍数为φ′10和φ′20，两个反射镜之间的光学距离为d2，偏转器反射点和所述第一反射镜之间的光程长度为d1，具有以下关系式|α2-α1i|＞|α1-α1i|并且|α2-α′1i|＞|α1-α′1i|这里，α1＝-α2(-1+d2φ10)2φ20/φ10α′1＝-α2(-d2-d1+d2d1φ′10)2φ′20/(d12φ′10)。
11.根据权利要求1所述的光束扫描装置，其中，所述主扫描方向或副扫描方向上所述第一反射镜的放大倍数或者两个方向的放大倍数设为负，所述主扫描方向和所述副扫描方向上所述第二反射镜的放大倍数设为正，所述第一反射镜的基体材料的线性膨胀系数设为大于所述第二反射镜的基体材料的线性膨胀系数。
12.一种光束扫描装置，包括旋转多角镜，用于沿主扫描方向扫描来自偏转前光学系统的光束；以及两个反射镜，用于将通过所述旋转多角镜扫描的光束在像平面上成像，其中，偏转装置反射面和位于所述旋转多角镜侧的第一反射镜以及位于所述像平面侧的第二反射镜之间的光程长度设置为(所述偏转装置反射面和所述第一反射镜之间的光程长度)＜(所述第一反射镜和所述第二反射镜之间的光程长度)。
13.一种光束扫描装置，包括旋转多角镜，用于沿主扫描方向扫描来自偏转前光学系统的光束；以及两个反射镜，用于将通过所述旋转多角镜扫描的光束在像平面上成像，其中，位于所述旋转多角镜侧的第一反射镜的副扫描方向放大倍数设为负，位于所述像平面侧的第二反射镜的副扫描方向放大倍数设为正，并且，设置这对光学元件在所述副扫描方向上的光程长度和放大倍数和横向放大之间的关系为[(所述第二反射镜和所述像平面之间的光程长度)/(偏转器反射点和所述第二反射镜之间的光程长度)]＞(2×副扫描方向上的横向放大)。
14.根据权利要求1所述的光束扫描装置，包括用于沿主扫描方向扫描来自偏转前光学系统的光束的旋转多角镜以及两个用于将通过所述旋转多角镜扫描的光束在像平面上成像的反射镜，其中，位于所述旋转多角镜侧的第一反射镜在所述主扫描方向和副扫描方向有负放大倍数，位于所述像平面侧的第二反射镜在所述主扫描方向和所述副扫描方向有正放大倍数，各个反射镜在所述副扫描方向上不对称，并且在所述主扫描方向和所述副扫描方向上有根据在所述主扫描方向和所述副扫描方向上的位置而变化的曲率，其中，所述第一反射镜的副扫描方向放大倍数的绝对值大于所述第二反射镜的副扫描方向放大倍数的绝对值，所述第一反射镜向所述副扫描方向的多个方向之一偏移，所述第二反射镜类似于所述第一反射镜向所述副扫描方向的一个方向偏移，通过所述第二反射镜反射的光束穿过所述第一反射镜的所述副扫描方向的所述一个方向，其中，各个反射镜在所述副扫描方向上的光程、放大倍数和横向放大之间的关系设为[(所述第二反射镜和所述像平面之间的光程长度)/(偏转器反射点和最后元件之间的光程长度)]＞(2×副扫描方向上的横向放大)，副扫描方向上的横向放大＜0.5，[(所述第二反射镜和所述像平面之间的光程长度)/(所述偏转器反射点和所述第二反射镜之间的光程长度)]＞1.5。
15.根据权利要求1所述的光学扫描装置，其中，所述第一反射镜在所述主扫描方向和所述副扫描方向上具有凸形形状，所述第二反射镜在所述主扫描方向和所述副扫描方向上具有凹形形状，其中，所述第一反射镜向所述副扫描方向的多个方向之一偏移，所述第二反射镜类似于所述第一反射镜向所述副扫描方向的一个方向偏移，通过所述第二反射镜反射的光束穿过所述第一反射镜的所述副扫描方向的所述一个方向，并且其中，所述第一光学元件的副扫描方向放大倍数设为负，所述第二光学元件的副扫描方向放大倍数设为正，这对光学元件在所述副扫描方向上的光程、放大倍数和横向放大之间的关系设为[(最后元件和所述像平面之间的光程长度)/(偏转器反射点和最后元件之间的光程长度)]＞(2×副扫描方向上的横向放大)，副扫描方向上的横向放大＜0.5，[(最后元件和所述像平面之间的光程长度)/(所述偏转器反射点和最后元件之间的光程长度)]＞1.5。
16.一种光束扫描装置，包括用于沿主扫描方向扫描来自偏转前光学系统的光束的旋转多角镜，以及两个用于将通过所述旋转多角镜扫描的光束在像平面上成像的反射镜，进一步包括多个反射镜，用于通过仅折叠在光束被扫描和被位于所述像平面侧的第二反射镜反射之后的部分光束来分离多个光束，其中，关于光束被这些反射镜分离的位置，光束在所述第二反射镜上的折叠点沿光束副扫描方向距离偏转器越远，光束到所述第二反射镜的距离设置得越近。
17.根据权利要求16所述的光束扫描装置，其中，所述第二反射镜上各个光束之间的间隔随着在越往下游端分离的光束之间的间隔而越大。
18.根据权利要求1所述的光束扫描装置，其中，有多个要扫描的光束，并使用于沿所述主扫描方向扫描多个光束的旋转多角镜的厚度变薄。
19.根据权利要求8所述的光束扫描装置，其中，所述第一光学元件的副扫描方向放大倍数设为负，所述第二光学元件的副扫描方向放大倍数设为正，这对光学元件在所述副扫描方向上的光程、放大倍数和横向放大之间的关系设为[(最后元件和所述像平面之间的光程长度)/(偏转器反射点和最后元件之间的光程长度)]＞(2×副扫描方向上的横向放大)，副扫描方向上的横向放大＜0.5，[(最后元件和所述像平面之间的光程长度)/(偏转器反射点和最后元件之间的光程长度)]＞1.5。
20.根据权利要求19所述的光束扫描装置，其中，偏转装置反射面和所述第一反射镜以及所述第二反射镜之间的光程长度设为(所述偏转装置反射面和所述第一反射镜之间的光程长度)＜(所述第一反射镜和所述第二反射镜之间的光程长度)。
21.一种光束扫描装置，包括旋转多角镜，用于沿主扫描方向扫描来自偏转前光学系统的光束；以及两个反射镜，用于将通过所述旋转多角镜扫描的光束在像平面上成像，并且包括多个偏转前光学系统，其中，从所述多个偏转前光学系统输出的光束在所述旋转多角镜和位于所述旋转多角镜侧的第一反射镜之间在副扫描方向上相交。
全文摘要
一种光束扫描装置，包括用于沿主扫描方向上扫描来自偏转前光学系统的光束的旋转多角镜以及两个用于将由旋转多角镜(5)扫描的光束在像平面上成像的反射镜(23)、(25)。该装置被设置为使得位于旋转多角镜(5)侧的第一反射镜(23)在主扫描方向上有负放大倍数，位于像平面侧的第二反射镜(25)在主扫描方向上有正放大倍数。因此，可以提高处理单元等的形状和排列自由度，并且可以通过保证最后成像部件和像平面之间的距离，同时抑制旋转多角镜(5)中反射面(5A)和像平面之间光程长度的增加，来降低装置尺寸。
文档编号G02B26/10GK1908725SQ200610104209
公开日2007年2月7日 申请日期2006年8月1日 优先权日2005年8月2日
发明者白石贵志 申请人:株式会社东芝, 东芝泰格有限公司