专利名称：：光学扫描设备和使用该设备的图像形成装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及光学扫描设备和使用该设备的图像形成装置。本发明例如可有效地适用于诸如具有电子照相处理的激光束打印机或数字复印机或者多功能打印机之类的图像形成装置。
背景技术：
：在光学扫描设备中，被光源设备根据图像信号进行光学调制并且从中发出的光通量(光束)例如被包括多面镜(polygonalmirror)的偏转装置(光学偏转器)周期性地偏转。由光学偏转器偏转后的光束随后通过具有f-e特性的成像光学系统被收集到感光记录介质的表面上形成斑状。利用该光束，记录介质表面被光学扫描，从而在上面进行图像记录。近年来，例如在诸如激光打印机、数字复印机和多功能打印机之类的图像形成装置中，一方面机器尺寸已经减小，另一方面图像形成的速度已增大。因而，期望光学扫描系统更紧凑，结构更简单。关于光学扫描设备已经进行了若干提议，其中尝试实现整个系统的紧凑化和尺寸的减小(见下面的专利文献l)。在专利文献1中，从光源设备发射的多个光束相对于偏转表面的法线在副扫描截面内从倾斜上方或倾斜下方入射到同一偏转装置(旋转多面镜)的同一偏转表面上(倾斜入射光学系统)。然后，被同一偏转表面扫描性地偏转的光束被成像光学系统引导到多个相应的感光鼓表面，同时光程被光束分离装置分割。随后，通过驱动偏转装置，感光鼓表面被引导到其上的光束光学地扫描。在专利文献l中，通过以这种方式设置各组件，偏转装置和成像光学系统的若干部件被共享，从而尝试实现整个系统的紧凑化和尺寸减小。在这种类型的光学扫描设备中，为了实现更高的打印速度，可以在每个光源设备中使用具有多个发光件(光发射点)的多束光源，以确保同一感光鼓(被扫描的表面)由在副扫描方向上彼此隔开的多条线同时进行光学扫描。另一方面，由于必须提高处理速度以获得更高的打印速度，因此激光源的功率可能不足。考虑到这一点，在使用多束光源的光学扫描设备中，为了实现更高的光学效率，多束光源可以基于远场模式的关系而被布置为使得其多个发光件在主扫描方向上彼此隔开。[专利文献1:日本未审查公开专利申请No.2004-184591但是，如果多束光源被结合到包括倾斜入射光学系统的光学扫描设备中，则这样导致了不方便之处，即相对于各个图像高度，将产生多个光束的线间隔的不均匀。这不利于良好的图像形成。下文中，这种不均匀将被称为"多束间距不均匀"。下面将说明发生在光学扫描设备中的多束间距不均匀的原理，这种光学扫描设备具有包括在主扫描方向上彼此隔开的多个发光件的多束光源，并且具有倾斜入射光学系统。在主扫描截面中，当从在主扫描方向上彼此间隔amml的两个发光件发射的两个发散光束被同一个准直透镜转换为平行光时，由于每个发光件相对于准直透镜的光轴具有某一个视场角，因此从准直透镜发出的这两个光束将具有依赖于准直透镜的焦距fcol[mm的角度差CT度。这里，角度差CT[度]由以下方程给出。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>(A)图11是说明当从两个发光件lal和la2发射的光束A和B在主扫描截面中具有角度差CJ时发生的多束间距不均匀的原理的示意图。在图11中，在主扫描方向上具有角度差cr的两个光束(光通量)被示为束A和束B。当这两个束A和B入射到旋转多面镜上时，为了使这两个束A和B到达同一图像高度，用于扫描性地偏转束B的旋转多面镜的旋转角e相对于用于扫描性地偏转束A的旋转多面镜的旋转角0应当具有非常小的角度偏离a/2,这里，在图11中，用于扫描性地偏转束A的旋转多面镜的偏转表面的位置示为M(实线)，而当旋转多面镜倾斜一个微小角度(r/2时旋转多面镜的偏转表面的位置示为M，(虚线)。因而，在主扫描截面中，束B的偏转点Q，相对于束A的偏转点Q偏离dXmm。当在主扫描截面中偏转点偏离了偏离量dX[mm时，如果光束在副扫描截面(副扫描方向)中正以倾斜入射角a[度I入射，则束B的偏转点Q，将相对于束A的偏转点Q在副扫描方向上偏移AdZ，其中AdZ代表偏离量，并且由下式给出。AdZ=dX*tan(cO这里，如果在副扫描方向上成像光学系统的成像放大率(副扫描放大率)由ps表示，则与在主扫描方向上光束之间没有角度差a的情况相比，在被扫描的表面上，在各个图像高度处，发生了在副扫描方向上两个束的间隔的偏离，偏离量AdZ，由下式给出。AdZ，=AdZ*ps由于偏离量AdZ随着图像高度(有效扫描视场角内的图像高度)而变化，因此偏离量AdZ，也随着图像高度改变。结果，在被扫描的表面上发生多束间距不均匀。如上所述的常规光学扫描设备对于这种多束间距不均匀性没有什么对策，并且如果结合了多束系统，则将会产生很大的多束间距不均匀。这很不方便地妨碍了良好的图像形成。从上述多束间距不均匀AdZ，的原理看出，间距不均匀可以通过降低倾斜入射角a、有效扫描视场角(旋转多面镜的旋转角)e和副扫描放大率ps来减小。但是，从设计角度看，使倾斜入射角a和副扫描放大率Ps的值变小有一定限度。因而，仅仅使这些值中的一个变小，仍然无法将多束间距不均匀降低到可接受的水平。
发明内容本发明提供了一种紧凑并且确保更高的打印速度和更好的光学性能的光学扫描设备。本发明还提供了一种具有这种光学扫描设备的图像形成装置。根据本发明的一方面，提供了一种光学扫描设备，包括光源设备，该光源设备具有被布置为在主扫描方向上彼此隔开的至少两个发光件；旋转多面镜，被配置为扫描性地偏转从所述光源设备发射的至少两个光束；输入光学系统，被配置为将来自所述光源设备的所述至少两个光束投射到所述旋转多面镜上，从而在副扫描截面内，所述至少两个光束以相对于所述旋转多面镜的偏转表面的法线的倾斜方向入射在该偏转表面上；以及成像光学系统，被配置为将由所述旋转多面镜的偏转表面扫描性地偏转的所述至少两个光束成像在要被扫描的表面上；其中所述输入光学系统包括被配置为将来自所述光源设备的光束变换为平行光束的转换光学元件，并且其中，当用于扫描被扫描的表面上的有效区域的所述旋转多面镜的最大旋转角由e自x[度表示，在所述输入光学系统的光轴和所述成像光学系统的光轴之间在主扫描截面中限定的角度由2(j)[度表示，在主扫描截面中所述转换光学元件的焦距由JU[mml表示，在所述至少两个发光件中在主扫描方向上彼此间隔最远的两个发光件之间的间隔由amm表示，入射到所述斜入射角中的最大角度由a度表示，在副扫描截面中所述成像光学系统的成像放大率由Ps表示，所述旋转多面镜的内接圆半径由R[mml表示，并且在副扫描方向上图像的分辨率由DPI[点/英寸表示时，满足以下关系<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>在本发明的这一方面的一种优选形式中，用于扫描被扫描的表面上的有效区域的所述旋转多面镜的最大旋转角emax[度可以满足关系15度<0隨<25度。入射到所述旋转多面镜的偏转表面上的所述至少两个光束在副扫描截面中的倾斜入射角中的最大角度a[度满足关系2度《aS4度。在主扫描截面中所述转换光学元件的焦距fc。,[mm满足关系15mm<fcol<80mm。在所述输入光学系统的光轴和所述成像光学系统的光轴之间在主扫描截面中限定的角度2(H度满足关系0度S2(()《100度。光学扫描设备可以满足关系0<a/fe。，<0.02。在副扫描截面中所述成像光学系统的成像放大率Ps可以满足关系0.5<|ps|<2.0。根据本发明的另一方面，提供了一种图像形成装置，包括如上所述的光学扫描设备；设在要扫描的表面处的感光件；显影设备，用件上的静电潜像进行显影，以产生色粉图像；转印设备,，用于将^显影的色粉图像转印到转印材料上；以及定影设备，用于将被转印的色粉图像定影在该转印材料上。根据本发明的又一方面，提供了一种光学扫描设备，包括具有至少两个输入单元的输入光学系统，每个输入单元包括(i)具有被布置为在主扫描方向上彼此隔开的至少两个发光件的光源设备、(ii)被配置为扫描性地偏转从所述光源设备发射的至少两个光束的旋转多面镜和(iii)被配置为改变来自所述光源设备的光束的状态的转换光学元件，其中所述输入光学系统被配置为将来自所述至少两个输入单元的所述至少两个光束投射到所述旋转多面镜上，从而在副扫描截面内，所述至少两个光束以相对于所述旋转多面镜的偏转表面的法线的倾斜方向入射到该偏转表面上；以及成像光学系统，该成像光学系统被配置为将由所述旋转多面镜的偏转表面扫描性地偏转的所述至少两个光束成像在要被扫描的表面上；其中，当用于扫描被扫描的表面上的有效区域的所述旋转多面镜的最大旋转角由e^x度表示，在所述输入光学系统的光轴和所述成像光学系统的光轴之间在主扫描截面中限定的角度由2小[度表示，在入射到所述旋转多面镜的偏转表面上的所述至少两个光束中，具有最大角度差的两个光束之间在主扫描截面中限定的角度差由CT[度表示，入射到所述旋转多面镜的偏转表面上的所述至少两个光束在副扫描截面中的倾斜入射角中的最大角度由a[度表示，在副扫描截面中所述成像光学系统的成像放大率由Ps表示，所述旋转多面镜的内接圆半径由R[mm表示，并且在副扫描方向上图像的分辨率由DPI[点/英寸表示时，满足以下关系<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>在本发明的这一方面的一种优选形式中，用于扫描被扫描的表面上的有效区域的所述旋转多面镜的最大旋转角0max[度满足关系15度<9^<25度。入射到所述旋转多面镜的偏转表面上的所述至少两个光束在副扫描截面中的倾斜入射角中的最大角度a[度I可以满足关系2度《a"度。在入射到所述旋转多面镜的偏转表面上的所述至少两个光束中，具有最大角度差的两个光束在主扫描截面中的角度差CT[度l可以满足关系0度〈a〈1.0度。在所述输入光学系统的光轴和所述成像光学系统的光轴之间在主扫描截面中限定的角度2(J)[度l可以满足关系0度《2小《100度。在副扫描截面中所述成像光学系统的成像放大率Ps可以满足关系0.5<|ps|<2.0。根据本发明，实现了一种光学扫描设备和使用该设备的图像形成装置，通过这种设备和装置，在结构紧凑的情况下确保了高速打印和良好的光学性能。本发明的这些和其他的目的、特征和优点将在结合附图考虑本发明的优选实施例的下列描述中变得更明显。图l是本发明第一实施例的沿主扫描截面的截面图。图2A是本发明第一实施例中的输入光学系统沿副扫描截面的截面图。图2B是本发明第一实施例中的成像光学系统沿副扫描截面的截面图。图3是用于说明本发明第一实施例中的偏转点的偏离量AdX的示意图。图4是图3的放大图。图5是图示本发明第一实施例中偏转表面上的光束的入射状态的图。图6是图示本发明第一实施例中的间距不均匀性的曲线图。图7是本发明第二实施例的沿主扫描截面的截面图。图8A是本发明第二实施例中的输入光学系统沿副扫描截面的截面图。图8B是本发明第二实施例中的成像光学系统沿副扫描截面的截面图。图9是示出根据本发明的图像形成装置的实施例的沿副扫描截面的截面图。图IO是根据本发明实施例的彩色图像形成装置的主要部分的示意图。图ll是用于说明多束间距不均匀的原理的示意图。具体实施方式现在将参考附图描述本发明的优选实施例。[实施例11图1是本发明第一实施例的主要部分沿主扫描方向(主扫描截面)的截面图。图2A是从光源设备到偏转装置的第一实施例的主要部分沿副扫描方向(副扫描截面)的截面图。图2B是从偏转装置到感光鼓的第一实施例的主要部分沿副扫描方向(副扫描截面)的截面图。在本说明书中，术语"主扫描方向"(Y方向)指垂直于偏转装置的旋转轴并且垂直于成像光学系统的光轴的方向(即，光束被偏转装置扫描性地偏转的方向)。术语"副扫描方向"指平行于偏转装置的旋转轴的方向。术语"主扫描截面"指包含主扫描方向和光轴的平面。术语"副扫描截面"指包含光轴并且垂直于主扫描截面平面的平面。图1和图2A中的标号la和lb表示光源设备，每个光源设备具有在主扫描方向和副扫描方向上彼此隔开的两个或更多个发光件(光发射点)。例如，这些光源设备包括单片多光束半导体激光器。本实施例示出了每个光源设备la(lb)包括两个发光件la-l和la-2(lb-l和lb-2)的例子。但是，可以使用任何数目的发光件。如果使用三个或更多个发光件，则在下面的描述中可以采用其中在主扫描方向和副扫描方向这两个方向上彼此间隔最远的两个发光件。标号3a(3b)表示孔径光阑(孔径)，其用来限制光束的通过，从而对束轮廓整形。标号2a(2b)表示作为转换光学元件的聚光透镜(下文中称为"准直透镜")，其用来将从光源设备la(lb)发射的两个光束转换为平行光。标号4表示只在副扫描截面(副扫描方向)内具有光学能力(屈光力)的透镜系统(下文中称为"柱形透镜")。在副扫描截面内，柱形透镜用来将穿过准直透镜2a(2b)的两个光束在光学偏转器5的偏转表面6上成像为线图像。应当注意，准直透镜2a(2b)和柱形透镜4可以由单个光学元件提供。孔径光阑3a、准直透镜2a和柱形透镜4是输入光学系统LA的组件。另一方面，孔径光阑3b、准直透镜2b和柱形透镜4是输入光学系统LB的組件。也就是说，柱形透镜4被输入光学系统LA和LB共享。标号5表示作为偏转装置的光学偏转器。其例如包括具有四个表面的旋转多面镜(多面镜)，并且在图中箭头A的方向上通过诸如马达(未示出)之类的驱动装置以恒定速度旋转。标号7A(7B)表示具有光收集功能和fe特性的成像光学系统。其由在主扫描截面中具有正光学能力(屈光力)的第一成像透镜7a和在副扫描截面中具有正光学能力的第二成像透镜7bl(7b2)构成。成像光学系统7A(7B)用来将被光学偏转器5扫描性地偏转的基于图像信息的两个光束成像在作为要扫描的表面的感光鼓表面8a(8b)上。在该实施例中，感光鼓表面8a和8b中的每一个利用两个光束而被扫描。此外，每个成像光学系统7A(7B)提供了光学偏转器5的偏转表面6和感光鼓表面8a(8b)之间在副扫描截面内的光学共扼关系，通过这种关系实现了表面偏斜补偿。图2B中标号9al、9a2和9bl表示作为光束分离装置的偏转反射镜。它们用来在成像光学系统7A和7B中将被光学偏转器5扫描性地偏转的光束分离为上方倾斜入射光束和下方倾斜入射光束。标号8a(8b)表示作为被扫描表面的感光鼓表面。实际上，该实施例的光学扫描设备被结合到彩色图像形成装置中，其中四个感光鼓表面利用单个(公共的)光学偏转器5而被同时光学扫描。尽管未在图1中示出，但是跨过光学偏转器5在成像光学系统7A(7B)的相对侧(图中的左侧)提供了与图1中所示类似的另一个成像光学系统。下面的描述将针对图中跨过光学偏转器5的右侧成像光学系统而进行(也就是说，将针对光学扫描感光鼓表面8a或8b的成像光学系统进行描述)。在本实施例中，从光源设备la(lb)发射的两个光束通过孔径光阑3a(3b)，通过该孔径光阑3a(3b)，光束(光量)被限制(部分阻挡)。然后，利用准直透镜2a(2b),它们被转换为进入柱形透镜4的平行光。至于主扫描截面，入射到柱形透镜4上的平行光束不被其改变而射出。另一方面，在副扫描截面内，其被会聚并成像在光学偏转器(旋转多面镜)5的偏转表面6上成为线图像(在主扫描方向上伸长的线图像)。这里，从光源设备la(lb)发射的两个光束在副扫描截面内相对于偏转表面的法线倾斜地入射到光学偏转器5的偏转表面6上(倾斜入射光学系统)。然后，被光学偏转器5的偏转表面6扫描性地偏转的两个光束利用成像光学系统7A(7B)并且经由反射镜9al和9a2(9bl)被成像在感光鼓表面8a(8b)上成为斑状。然后，通过在箭头A的方向上旋转光学偏转器5,感光鼓表面8a(8b)在箭头B的方向(主扫描方向)上以恒定速度由两个光束光学地扫描。以这种方式，对作为记录介质的感光鼓表面8a(8b)执行图像记录。在本实施例中，同一表面8a(8b)由从具有两个发光件lal和la2(lbl和lb2)的光源设备la(lb)发射的两个光束同时进行扫描，同时保持这些光束在副扫描方向上彼此分离。这确保了更高的打印速度。此外，为了更高的光学效率，具有彼此间隔90iam的两个发光件lal和la2(lbl和lb2)的多半导体激光器被绕着半导体激光器的光轴(中心轴)旋转5.53度。结果，这两个发光件在副扫描方向上彼此间隔约8.7nm，并且在被扫描的表面上实现了这两个光束在副扫描方向上等于42.3nm(=25.4/600dpi)的间距间隔。这里，两个发光件lal和la2(lbl和lb2)在主扫描方向上彼此间隔90pm。在本实施例中，为了减小光学扫描设备的尺寸，四个光束被光学偏转器5的同一(公共的)偏转表面6反射。然后，利用这四个被偏转表面6扫描性地偏转的光束，两个感光鼓表面8a和8b被同时光学扫描，每一个的扫描都是基于两个光束进行的。为了实现本实施例中的这种结构，两个输入光学系统LA和LB关于副扫描方向(z方向)被布置在上方和下方。则从输入光学系统LA和LB发射的两个光束就这样被投影在偏转表面6上，一个从上方以倾斜角3度入射到偏转表面6上，而另一个从下方以倾斜角3度入射到偏转表面6上，这两个光束都在副扫描截面内。成像光学系统7A和7B具有公共的第一透镜7a，从而使整个系统紧凑。在本实施例中，被光学偏转器5扫描性地偏转的四个光束利用反射镜9al、9a2和9bl被分离为两组，每组包括两个光束。然后，这两组光束分别被引导到两个感光鼓表面8a和8b。此外，在该实施例中，为了分离光束，使入射到光学偏转器5的偏转表面6上的光束在副扫描截面中的倾斜入射角a为3度之大，如上所述。此外，在本实施例中，为了使用于保持两个光源设备la和lb的保持构件(未示出)更小，输入光学系统LA和LB的光轴在主扫描截面内偏斜，以确保其关于成像光学系统7A和7B的光轴的角度变为等于90度。这里，如上所述构造的光学扫描设备可能具有如下的不便之处，即当如前所述两个光束从副扫描截面内的倾斜方向入射到光学偏转器5的偏转表面6上时，发生了两个光束的间距不均匀(下文中简称为"多间距不均匀")。考虑到这一点，在本实施例中，为了将多间距不均匀减小到关于图像形成可接受的水平，确定了输入光学系统LA和LB、光学偏转器5以及成像光学系统7A和7B的具体数值，以满足下面的条件表达式(1)。更具体而言，在本实施例中，用于扫描被扫描表面8a(8b)上的有效区域的旋转多面镜5的最大旋转角(最大有效扫描视场角)由emax[度表示。然后，在主扫描截面中在输入光学系统LA(LB)的光轴和成像光学系统7A(7B)的光轴之间限定的角度由2(|)[度表示。此外，准直透镜2a(2b)的焦距由fe。,[mm表示，而主扫描截面中两个发光件lal和la2(lbl和lb2)之间的间隔(间距)由a[mm表示。如果使用了三个或更多个发光件，则位于相对的两端的发光件之间的距离被采用作为间隔。也就是说，两个分隔最远的发光件之间的间距被采用作为间隔。此外，副扫描截面中入射到旋转多面镜5的偏转表面6上的两个光束的倾斜入射角的最大值由a度I表示。当至少三个光束在副扫描截面内以一定的倾斜入射角入射到旋转多面镜的偏转表面6上时，倾斜入射角a[度被定义为这些至少三个光束的这些倾斜入射角中的最大角度。更详细地描述，倾斜入射角a[度被定义为在副扫描截面内由至少三个光束的主光线形成的倾斜入射角中的最大角度。例如，如果四个或更多个光束在副扫描截面内以倾斜入射角入射到旋转多面镜5的偏转表面t上，则在此将该倾斜入射角定义为由位于相对的两端的两个光束的主光线形成的在副扫描截面内的倾斜入射角中的最大角度。此外，成像光学系统7A(7B)的副扫描截面中的成像放大率由ps表示，旋转多面镜5的内接半径由R[mm表示，副扫描方向上图^^的分辨率由DPI[点/英寸表示。于是，满足以下条件。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>接下来，将说明在满足上述的条件表达式(i)的情况下多间距不均匀可以被控制在关于图像形成可接受的水平的原因。在主扫描截面中，从在主扫描方向上彼此间隔距离a[mm的两个发光件lal和la2(lbl和lb2)发射的两个发散的光束利用同一准直透镜2a(2b)被转换为平行光。在这种情况下，每个发光件lal或la2(lbl或lb2)具有关于准直透镜2a(2b)的光轴的视场角(fieldangle)。因此，取决于准直透镜2a(2b)的焦距fc。,[mm，从准直透镜2a(2b)射出的两个光束具有角度差cj[度。这里，角度差cj[度可以由以下方程表达，如前面已经描述的。or=2Arctan(a/2fcol)[度(A)图3是用于说明束B相对于束A的偏转点的偏离的示意图，这种偏离发生在旋转多面镜以非常小的角度CT/2绕轴旋转以便向同一图像高度扫描性地偏转如上所述在主扫描截面中具有角度差a的两个光束(例如，束A和束B)时。在图3中，旋转多面镜5的旋转中心由O表示，其内接半径由R表示，旋转多面镜5的偏转表面6的中心由P表示，并且用于扫描性地偏转束A的偏转表面6的位置由M(实线)描绘。另一方面，当在偏转表面6的位置M处相对于表面法线Mh倾斜角度S的束A入射时的偏转点由Q表示。另外，束A的偏转点Q和偏转表面中心P之间的距离由r表示。旋转多面镜5的偏转表面6在倾斜一个微小角度cr/2时的位置由M，(虛线)描绘。此外，当束B入射到偏转表面的位置M，(虛线)上时的偏转点由Q，表示。在图3中，在主扫描截面中具有角度差CF的两个光束A和B被旋转多面镜5偏转以便扫描表面8,同时这些光束在扫描表面8上保持彼此分隔开。这里，为了使这两个光束向着同一图像高度偏转，必须使旋转多面镜5对于束A和B具有不同的旋转角，其差为a/2[度。由于旋转多面镜5的偏转表面6接着从实线位置M偏离到虚线位置M，，因此在束前进方向上，束B的偏转点Q，相对于束A的偏转点Q偏移dX[mm。图4是图3的放大图，并且图4是描绘出偏离dX的量和几个值之间的关系的示意图。从图4中看出，图中偏离dX，[mml的量可以根据以下方程来检测,<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>这里，由于角度cy/2足够小，因此其满足dX-dX，。因而，束A的偏转点Q和束B的偏转点Q，之间的偏离dX[mm的量在此可以表达如下。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>当方程(A)被代入方程(B)中时，得到<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>这里，当旋转多面镜5的旋转角为e[度时，旋转多面镜5的偏转表面中心P和偏转点Q之间的距离rmml由如下的近似公式给出。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>…(C)下面将利用图5说明其可以由近似公式(C)表达的原因。图5是描绘出在主扫描截面中光束入射到偏转表面6上的入射状态的示意图，该光束由输入光学系统引导。在图5中，旋转多面镜5的旋转中心位于点O，而在轴向图像高度上的旋转多面镜5的偏转表面6位于位置M，(虛线)。另一方面，在位置M，处的偏转表面6的中心位于点P0，而此时的偏转点位于点Q0。在旋转多面镜5的任意旋转角e处的旋转多面镜5的偏转表面6的位置位于M(实线)。在位置M处的偏转表面6的中心位于点P，而在任意旋转角e上的旋转多面镜5的偏转点位于Q。在普通的光学扫描设备中，为了有效利用偏转表面6，组件将被布置为使得当9=0度时光束入射到旋转多面镜5的偏转表面6的中心P0处。结果，轴向图像高度上的偏转点Q0和偏转表面6的中心点P0将彼此重合。这里，在任意旋转角e处，对于距离r，从中心点P0到偏转点Q0的偏离量都是足够小的。因此，距离r可以按照从在位置M处的偏转表面6的中心点P到在位置M，处的偏转表面6的中心点P0的距离来进行近似。因而，其可以表达为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage20</formula>当近似公式(C)被代入方程(B，)中时，得到atan日<formula>formulaseeoriginaldocumentpage20</formula>从图4中看出，当偏转点Q的位置在主扫描截面中偏移了偏离量dX时，响应于此，在副扫描截面中偏转点的位置也根据倾斜入射角a而改变。这里，当在副扫描截面中在偏转点的高度上的偏离量用AdZ[mm表示时，其可以表达如下。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage20</formula>因而，当两个束的偏转点在副扫描方向上围绕偏转表面而彼此分开时，在被扫描表面上，在副扫描方向上这两个束在被扫描表面上的间隔的偏离量AdZ[mm由以下方程给出。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage20</formula>这里，当被扫描表面8的有效区域被扫描时在旋转多面镜5的最大旋转角6max[度处的偏离量AdZmax[mm可以表达如下。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage20</formula>此外，当被扫描表面8的有效区域被扫描时在旋转多面镜5的最小旋转角0min[度l处的偏离量AdZmin[mm可以表达如下。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage20</formula>在这些方程中，无论旋转多面镜的旋转角9如何，参数R、a、fc。,、cos(J)、Ps和a都是恒定的。因此，在有效扫描区域内，在副扫描方向上两个光束之间在被扫描表面上的间隔的偏离的峰峰值(pp)可以由以下方程来表达。更具体而言，如果由在偏转表面上两个光束之间的偏转点偏离引起的多间距不均匀由AdZpp[mm表示，则其可以由以下方程来表达。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage21</formula>此外，如果结构被设置为使得当e=o度时光束在偏离偏转表面中心的情况下入射，也就是说，即使偏转点Q0和中心点P0的位置相互偏离，在最小旋转角0min处的偏离量dXmin也将被放大某一量，该量对应于在最大旋转角6max处的偏离量dXmax的放大。当偏转点的偏离量的峰峰值(pp)由dXpp(=IdXmax-dXminI)表达时，由于dXpp不改变，因此如果多间距不均匀性的峰峰值由dZpp(=IdZmax-dZminI)表示，贝'JdZpp也不改变。因此，即使该结构被设置为使得当e=o度时光束在偏离偏转表面中心的情况下入射，由偏转表面上两个束之间的偏转点偏离引起的多间距不均匀性的峰峰值卯:dZpp也可以由上述方程(H，)来表达。在用于图像形成装置中并且具有倾斜入射光学系统的多束扫描光学系统中，前述由于偏转表面上两个束之间的偏转点偏离引起的多间距不均匀性是导致多间距不均匀性的一个主要因素。此外，两个束的偏转点在偏转表面上偏离的方向在有效扫描区域内是横向不对称的。结果，由于两个束之间的偏转点偏离引起的多间距不均匀性不对称地发生。如上所述，由于偏转表面上两个束之间的偏转点偏离引起的多间距不均匀性是导致多间距不均匀性的一个主要因素。由于它是橫向不对称的，因此如果发生这一情况，则当通过肉眼观察时其作为图像的恶化是非常明显的。考虑到这一点，在本实施例中，各组件被设置为满足上述条件表达式(l),从而减小由于偏转表面上两个光束之间的偏转点偏离引起的多间距不均匀性，这确保了良好的图像形成。条件表达式(1)的左侧代表由于偏转表面上两个束之间的偏转点偏离引起的多间距不均匀性的pp:dZpp的近似值相对于在副扫描方向上被扫描表面上的线间隔的比率。具体而言，条件表达式(l)表明，由于偏转点偏离引起的多间距不均匀性的pp:dZpp的近似值相对于副扫描方向上的线间隔为5%或更小。这里，下面的表l示出了本实施例的具体数值。从表l中的数值看出，在本实施例中，旋转多面镜5的最大旋转角为e，x-19.1度，并且在输入光学系统LA(LB)的光轴和成像光学系统7A(7B)的光轴之间限定的角度2(1)为2小=90度。此外，在主扫描方向上发光件之间的间隔a为a=0.09mm,并且准直透镜2a(2b)的焦距f^为fC()1=20mm。另外，旋转多面镜(多面镜)5的内接半4圣R为R=7.1mm,并且倾斜入射角a为3度。在副扫描截面中成像光学系统7A(7B)的成像放大率Ps为Ps=1.3x，并且在副扫描方向上的分辨率DPI点/英寸为DPI[点/英寸=600dpi。因此，条件表达式(1)的左侧等于0.025，并且这满足条件表达式(1)。更具体而言，在本实施例中，由于偏转表面6上两个光束之间的偏转点偏离引起的多间距不均匀性的pp:dZpp被减小到约为副扫描方向上行间隔42.3nm的2.5%。这里，如果使用三个或更多个光束，则上述的两个束是在主扫描方向和副扫描方向这两个方向上彼此间隔最远的两个束，如前所述。图6是描绘出本实施例中由偏转表面上两个束之间的偏转点偏离导致的多间距不均匀性的曲线图。从图6中看出，多间距不均匀性的pp:dZpp约为1.1nm，并且已经确认这一大小保持为本实施例的副扫描方向上行间隔42.3pm的2.5%左右。应当注意，在本实施例中，只要满足条件表达式(1)，通过肉眼观察到的图像的恶化就不明显。因而，很好地保证了本实施例的有利效果。更优选地，上述条件表达式(1)最好被设置如下。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage23</formula>(la)cos^/co/25.4在本实施例中，使得在副扫描截面中成像光学系统的成像放大率Ps为1.3x之小，并且基于此，多间距不均匀性被减小到可接受的水平。应当注意，在本实施例中，只要满足条件表达式(l),多间距不均匀性就可以被减小到可接受的水平，无论副扫描截面中成像放大率Ps的大小如何。更优选地，应当满足条件表达式(1)，另一方面，副扫描方向上成像放大率Ps应当被设置为满足以下关系。0.5<IPsI<2.0(2)在这一情形下，多间距不均匀性可以被减小到可接受的水平，并且仍可以使构成成像光学系统的透镜的宽度较短，以确保简单方便的结构。在本实施例中，旋转多面镜的最大旋转角emax为e目x=i9.i度。这使得能够将多间距不均匀性减小到可接受的水平，并且这还实现了紧凑的光学扫描设备。应当注意，在本实施例中，只要满足条件表达式(l),多间距不均匀性的峰峰值(pp)就可以被降低到可接受的水平，无论旋转多面镜的最大旋转角emax的大小如何。但是，如果旋转多面镜的最大旋转角0m^大于25度，则必须使得在副扫描截面中的成像放大率ps或任何其他设计值特别小，以满足条件表达式(1)。这使得很难保持光学扫描设备紧凑。另一方面，如果旋转多面镜的最大旋转角9mM小于15度，则成像光学系统的光程长度必须被延长以执行必要的扫描区域的光学扫描。因而，难以确保紧凑性。因此，更优选地，一方面应当满足条件表达式(1)，并且另一方面，旋转多面镜的最大旋转角0max[度应当被设置为满足以下奈件。15度<0^<25度(3)在这一情形下，多间距不均匀性可以被减小到可接受的水平，并且仍可以使得整个系统紧凑化。在本实施例中，为了使整个系统更加紧凑，输入光学系统的光程长度最好尽可能地短。但是，如果在多束半导体激光器的多个发光件中，在主扫描方向上彼此分隔最远的两个发光件的间隔a宽度为100Hm或更大，则多间距不均匀性将变得非常大从而导致图像质量下降，除非使准直透镜的焦距很长。相反，当使用间隔a窄至20pm的激光器芯片时，即使准直透镜的焦距被设置为^^短，多间距不均匀性也可以被减小到可接受的水平。考虑到这一点，在该实施例中，更优选地，取决于多束半导体激光器的多个发光件的间隔，满足以下条件表达式(4)。0<a/fcol<0.02(4)通过满足该条件表达式(4)，可以很好地抑制多间距不规则性，并且可以使输入光学系统的光程长度尽可能地短，从而整个系统可以更加紧凑。在本实施例中，a/fC((1=0.0045，并且这满足条件表达式(4)。在本实施例中，准直透镜的焦距被设置为长达fe。,=20mm。利用这一布置，使得多个束之间在主扫描方向上的角度差很小，并且多间距不均匀性的峰峰值被降低到可接受的水平。应当注意，在本实施例中，只要满足条件表达式(1)，多间距不均匀性就可以被减小到可接受的水平，无论准直透镜的焦距f^的大小如何。但是，如果准直透镜的焦距fe。,短于15mm，则必须使得副扫描截面中成像放大率Ps或任何其他设计值特别小，以满足条件表达式(1)。这使得很难保持光学扫描设备紧凑。因此，更优选地，一方面应当满足条件表达式(1)，并且另一方面，准直透镜的焦距fe。,[mml应当被设置为满足以下条件。15mm<fcol<80mm(5)在这一情形下，多间距不均匀性可以被减小到可接受的水平，并且可以使得输入光学系统更加紧凑。在本实施例中，使得倾斜入射角a等于3度，如图2A所示。利用这一布置，两组光束可以在主扫描截面内从上方和下方倾斜地入射到偏转器上。因而，这一布置使得能够通过单个偏转表面6扫描性地偏转四个(-2束x2组)光束并将其成像在两个感光鼓上，另一方面这同时确保了将多间距不均匀减小到可接受的水平。应当注意，在本实施例中，只要满足条件表达式(1)，即使倾斜入射角a的值较大，多间距不均匀性也可以被减小到可接受的水平。但是，如果倾斜入射角a大于4度，则必须使得副扫描截面中成像放大率Ps或任何其他设计值特别小，以满足条件表达式(1)。这使得很难使光学扫描设备更加紧凑。因此，更优选地，应当满足条件表达式(1)，并且另一方面，倾斜入射角a[度应当被设置为满足以下条件。2度Sa"度(6)利用这一布置，多间距不均匀性可以被减小到可接受的水平，并且分离角也足以使得来自多个光源设备的多个光束扫描相应的感光鼓。如果使得倾斜入射角a大于2度，则光束可以通过在成像光学系统7A(7B)中提供的光束分离装置而有效地彼此分离。如果使得倾斜入射角a小于4度，并且满足条件表达式(1)，则多间距不均匀性可以被抑制到可接受的水平。在本实施例中，总共四个光源设备或激光器单元(-2*2:两个垂直的，两个横向的)利用公共的保持构件保持固定。另外，为了使这种保持构件的结构更简单，在主扫描截面中，在输入光学系统和成像光学系统的光轴之间限定的角度2(|)被设置为等于2cJ)=卯度。应当注意，在本实施例中，只要满足条件表达式(1)，多间距不均匀性就可以被减小到可接受的水平，即使角度2(|)的幅值较大。但是，如果在主扫描截面中在输入光学系统和成像光学系统的光轴之间限定的角度2小大于100度，则必须使得副扫描截面中成像放大率j3s或任何其他设计值特别小，以满足条件表达式(1)。这使得很难保持光学扫描设备紧凑。因此，更优选地，一方面应当满足条件表达式(1)，并且另一方面，输入光学系统和成像光学系统的光轴之间的角度2小[度l应当被设置为满足以下条件。0度S2小《100度(7)利用这一布置，多间距不均匀性可以被减小到可接受的水平，并且仍可以使得输入光学系统更加紧凑。在本实施例中，输入光学系统LA和LB的上方和下方柱形透镜4利用树脂被模塑成一体，以使得能够易于制造并且减轻重量。但是，即使上方和下方柱形透镜4不被模塑成一体，也可以很好地获得本实施例的有利效果。应当注意，尽管已经参考彩色图像形成装置(该装置包括具有多个发光件的多个光源设备和与这些光源设备相对应的多个感光鼓)描述了本实施例，但是本发明并不限于此。例如，本发明可适用于包括具有多个发光件的单个光源设备和单个感光鼓的单色图像形成装置。表l示出了第一实施例中成像光学系统7A(7B)的具体结构。表2示出了第一实施例中输入光学系统LA(LB)的参数r、d和n。此外，表3示出了第一实施例中的非球面表面形状。[表l表l:第一实施例的结构<table>tableseeoriginaldocumentpage27</column></row><table>图IO是根据本发明实施例的彩色图像形成装置的主要部分的示意图。该实施例针对级联型(tandemtype)彩色图像形成装置，其中提供了四个光学扫描设备以将图像数据彼此并行地记录在相应的感光鼓(图像承载件)的表面上。在图10中，标号60总体表示彩色图像形成装置，而标号61、62、63和64表示具有根据前述实施例中的任何一个的结构的光学扫描设备。标号21、22、23和24分别表示感光鼓(图像承载件)，而示显影设备。标号51表示传送带。尽管未在图10中示出，但是图像形成装置还包括用于将由显影的色粉图像定影在转印纸张上的定影设备。、在图10中，彩色图像形成装置60例如接收从诸如个人计算机之类的外部机器52提供来的R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)的彩色信号。这些彩色信号利用图像形成装置内部的打印机控制器53被变换为与C(蓝绿色)、M(品红色)、Y(黄色)和B(黑色)相对应的图像数据(点数据)。这些图像数据分别被输入到光学扫描设备ll、12、13和14中。作为响应，这些光学扫描设备产生已根据相关的图像数据调制的光束41、42、43和44。通过这些光束，在主扫描方向上扫描感光鼓21、22、23和24的感光表面。在该实施例的彩色图像形成装置中，提供了四个光学扫描设备11、12、13和14，并且它们分别对应于C(蓝绿色)、M(品红色)、Y(黄色)和B(黑色)的颜色。这些扫描设备可用于彼此并行地分别将图像信号记录在感光鼓21、22、23和24的表面上，从而可以高速打印彩色图像。如上所述，该实施例的彩色图像形成装置使用四个光学扫描设备11、12、13和14,利用基于相应图像数据的光束将不同颜色的潜像分别产生在相应感光鼓21、22、23和24的表面上。此后，这些图像被叠加地转印到记录纸张上，从而在上面产生单个全色图像。至于外部机器52，例如可以使用具有CCD传感器的彩色图像读取机。在这一情形下，该彩色图像读取机和彩色图像形成装置60将构成彩色数字复印机。尽管已参考这里公开的结构描述了本发明，但是本发明并不限于给出的细节，并且该申请试图覆盖可能落在以下的权利要求的改进目的或范围内的这些修改或改变。权利要求1.一种光学扫描设备，包括光源设备，该光源设备具有被布置为在主扫描方向上彼此隔开的至少两个发光件；旋转多面镜，被配置为扫描性地偏转从所述光源设备发射的至少两个光束；输入光学系统，被配置为将来自所述光源设备的所述至少两个光束投射到所述旋转多面镜上，从而在副扫描截面内，所述至少两个光束相对于所述旋转多面镜的偏转表面的法线以倾斜方向入射在该偏转表面上；以及成像光学系统，被配置为将由所述旋转多面镜的偏转表面扫描性地偏转的所述至少两个光束成像在要被扫描的表面上；其中所述输入光学系统包括被配置为将来自所述光源设备的光束变换为平行光束的转换光学元件，并且其中，当用于扫描被扫描表面上的有效区域的所述旋转多面镜的最大旋转角用θmax[度]表示，在所述输入光学系统的光轴和所述成像光学系统的光轴之间在主扫描截面中限定的角度用2φ[度]表示，在所述主扫描截面中所述转换光学元件的焦距用fcol[mm]表示，在所述至少两个发光件中在主扫描方向上彼此间隔最远的两个发光件之间的间隔用a[mm]表示，入射到所述旋转多面镜的偏转表面上的所述至少两个光束在副扫描截面中的倾斜入射角中的最大角度用α[度]表示，在所述副扫描截面中所述成像光学系统的成像放大率用βs表示，所述旋转多面镜的内接圆半径用R[mm]表示，并且在所述副扫描方向上图像的分辨率用DPI[点/英寸]表示时，满足以下关系<math-cwu><![CDATA[<math><mrow><mo>|</mo><mfrac><mrow><mi>tan</mi><msub><mi>θ</mi><mi>max</mi></msub></mrow><mrow><mi>cos</mi><mi>φ</mi></mrow></mfrac><mo>×</mo><mfrac><mi>a</mi><mi>fcol</mi></mfrac><mo>×</mo><mi>R</mi><mo>×</mo><mi>βs</mi><mo>×</mo><mi>tan</mi><mi>α</mi><mo>×</mo><mfrac><mi>DPI</mi><mn>25.4</mn></mfrac><mo>|</mo><mo>≤</mo><mo>|</mo><mn>0.05</mn><mo>|</mo><mo>.</mo></mrow></math>]]></math-cwu><!--imgid="icf0001"file="S2008100019820C00011.gif"wi="489"he="81"img-content="drawing"img-format="tif"/-->2.其中，当用于扫描被扫描表面上的有效区域的所述旋转多面镜的最大旋转角用e,x度表示，在所述输入光学系统的光轴和所述成像光学系统的光轴之间在主扫描截面中限定的角度用2小度表示，在所述主扫描截面中所述转换光学元件的焦距用fe。,[mm〗表示，在所述至少两个发光件中在主扫描方向上彼此间隔最远的两个发光件之间的间隔用a[mm表示，入射到所述旋转多面镜的偏转表面上的所述至少两个光束在副扫描截面中的倾斜入射角中的最大角度用a度1表示，在所述副扫描截面中所述成像光学系统的成像放大率用ps表示，所述旋转多面镜的内接圆半径用R1mm表示，并且在所述副扫描方向上图像的分辨率用DPI点/英寸表示时，满足以下关系ta<axa"尸l-a^x-x及x/fextanofx-cos0/ccZ25.42.—种光学扫描设备，包括具有至少两个输入单元的输入光学系统，每个输入单元包括(i)具有被布置为在主扫描方向上彼此隔开的至少两个发光件的光源设备、(ii)被配置为扫描性地偏转从所述光源设备发射的至少两个光束的旋转多面镜和(iii)被配置为改变来自所述光源设备的光束的状态的转换光学元件，其中所述输入光学系统被配置为将来自所述至少两个输入单元的至少两个光束投射到所述旋转多面镜上，从而在副扫描截面内，所述至少两个光束相对于所述旋转多面镜的偏转表面的法线以倾斜方向入射到该偏转表面上；以及成像光学系统，被配置为将由所述旋转多面镜的偏转表面扫描性地偏转的所述至少两个光束成像在被扫描的表面上；其中，当用于扫描被扫描表面上的有效区域的所述旋转多面镜的最大旋转角用0max[度I表示，在所述输入光学系统的光轴和所述成像光学系统的光轴之间在主扫描截面中限定的角度用2令[度I表示，在入射到所述旋转多面镜的偏转表面上的所述至少两个光束中，具有最大角度差的两个光束之间在主扫描截面中限定的角度差用ct[度表示，入射到所述旋转多面镜的偏转表面上的所述至少两个光束在副扫描截面中的倾斜入射角中的最大角度用a[度表示，在所述副扫描截面中所述成像光学系统的成像放大率用ps表示，所述旋转多面镜的内接圆半径用Rmm]表示，并且在所述副扫描方向上图像的分辨率用DPI[点/英寸表示时，满足以下关系<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>3.如权利要求1或2所述的光学扫描设备，其中用于扫描所述被扫描表面上的有效区域的所述旋转多面镜的最大旋转角e,x度r满足以下关系15度<0隨<25度。4.如权利要求1或2所述的光学扫描设备，其中入射到所述旋转多面镜的偏转表面上的所述至少两个光束在副扫描截面中的倾斜入射角中的最大角度a[度I满足以下关系2度Sa"度。5.如权利要求1所述的光学扫描设备，其中在主扫描截面中所述转换光学元件的焦距d[mml满足以下关系15mm<fcoi<80mm。6.如权利要求2所述的光学扫描设备，其中在入射到所述旋转多面镜的偏转表面上的所述至少两个光束中，具有最大角度差的两个光束在主扫描截面中的角度差ct[度l满足以下关系0度<01<1.0度。7.如权利要求1或2所述的光学扫描设备，其中在所述输入光学系统的光轴和所迷成像光学系统的光轴之间在主扫描截面中限定的角度2小度满足以下关系0度S2(()《100度。8.如权利要求1或5所述的光学扫描设备，其中满足以下关系0<a/fcol<0.02。9.如权利要求1或2所述的光学扫描设备，其中在所述副扫描截面中所述成像光学系统的成像放大率ps满足以下关系0.5<|ps|<2.0。10.—种图像形成装置，包括多个如权利要求1或2所述的光学扫描设备，其中所述多个光学扫描设备被配置为利用分别从所述多个光学扫描设备的光源设备发射并且被公共的偏转装置偏转的多个光束对要被扫描的多个表面进行扫描，以在被扫描的表面上形成图像。11.一种图像形成装置，包括如权利要求1或2所述的光学扫描设备；设在要被扫描的表面上的感光件；显影设备，用于对利用由所迷光学扫描设备扫描性地偏转的光束形成在所述感光件上的静电潜像进行显影，以产生色粉图像；转印设备，用于将显影后的色粉图像转印到转印材料上；以及定影设备，用于将转印后的色粉图像定影在所述转印材料上。12.—种图像形成装置，包括如权利要求1或2所述的光学扫描设备；以及打印机控制器，用于将从外部机器提供的代码数据转换为图像信号并将该图像信号输入到所述光学扫描设备中。全文摘要本发明公开一种光学扫描设备，包括旋转多面镜，用于扫描性地偏转从光源设备发射的光束，所述光源设备具有被布置为在主扫描方向上彼此隔开的发光件；输入光学系统，通过该输入光学系统，在副扫描截面中，光束相对于所述旋转多面镜的偏转表面的法线以倾斜方向入射到该偏转表面上；以及成像光学系统，通过该成像光学系统，由所述旋转多面镜扫描性地偏转的光束成像在要被扫描的表面上；其中，当所述旋转多面镜的最大旋转角为θ<sub>max</sub>[度]，在所述输入光学系统的光轴和所述成像光学系统的光轴之间在主扫描截面中限定的角度为2φ[度]，在所述主扫描截面中转换光学元件的焦距为f<sub>col</sub>[mm]，在主扫描方向上彼此间隔最远的两个发光件之间的间隔为a[mm]，入射到所述偏转表面上的光束在副扫描截面中的最大倾斜入射角为α[度]，在所述副扫描截面中所述成像光学系统的成像放大率为βs，所述旋转多面镜的内接圆半径用R[mm]表示，并且在所述副扫描方向上图像的分辨率用DPI[点/英寸]表示时，满足以下关系。文档编号G02B26/12GK101226277SQ20081000198公开日2008年7月23日申请日期2008年1月4日优先权日2007年1月6日发明者富冈雄一,石部芳浩申请人:佳能株式会社