光学扫描系统、图像形成装置及光学成像系统的制作方法

专利名称：光学扫描系统、图像形成装置及光学成像系统的制作方法
技术领域：
本发明，涉及一种光学扫描系统、包括该光学扫描系统的图像形成装置以及用于该光学扫描系统的光学成像系统。
背景技术：
激光打印机等图像形成装置，一般包括作为光源的半导体激光器和、作为使激光光束偏转的光偏转器用的多角镜及、用于使由多角镜偏转的激光光束进行成像的扫描镜头(光学成像系统)。以往，作为扫描镜头，如日本专利第3420956号公报所公开的那样使用了折射镜头，但近年来从实现更高水平的象差补正的观点等来看，使用具有衍射面的扫描镜头的方案已被提出(例如日本专利公开平12-2847号公报<平12即2000年>以及日本专利公开2005-37561号公报等)。
然而，因为衍射面具有非常高的灵敏度，所以在使用了具有衍射面的扫描镜头时，存在容易受干扰影响的问题。例如，所忧虑的有由于图像形成装置的温度上升或振动等原因而引起的光学特性的劣化问题。还有，衍射面与折射面相比具有非常大的色散，所以在衍射面将产生很大的色象差。

发明内容
本发明，是鉴于上述问题点而研制开发的，其目的在于提供一种具有高光学特性且抗干扰性强的光学扫描系统。
为了实现上述目的，本发明所涉及的光学扫描系统为，其特征在于包括使来自光源的光束偏转的偏转器和、用以使由偏转器偏转的光束聚焦在被扫描面上的光学成像系统；光学成像系统具有至少一个光学功能面，且在该光学功能面的至少一部分上形成有多个凸部排列而成的剖面为锯齿状的光学功能部，该至少一个光学功能面构成为各凸部的排列方向上的宽度与入射到光学功能面的光束的上述排列方向上的宽度实质上相同或者比入射到该光学功能面的光束的上述排列方向上的宽度宽。
本发明所涉及的图像形成装置为，其特征在于包括本发明所涉及的光学扫描系统。
还有，本发明所涉及的光学成像系统是，在使来自光源的光束偏转并对被扫描面进行扫描的光学扫描系统中用以使光束在被扫描面上进行聚焦的光学成像系统，其特征在于具有至少一个光学功能面，且在该光学功能面的至少一部分上形成有多个凸部排列而成的剖面为锯齿状的光学功能部，该至少一个光学功能面构成为各凸部的排列方向上的宽度与入射到光学功能面的光束的上述排列方向上的宽度实质上相同或者比入射到该光学功能面的光束的上述排列方向上的宽度宽。
还有，在本说明书中所谓“各凸部的排列方向上的宽度与入射到光学功能面的光束的上述排列方向上的宽度实质上相同”指的是光学功能面的色散特性实质上变得更接近于折射光的色散特性时各凸部的排列方向上的宽度和入射到光学功能面的光束的同方向宽度(上述排列方向上的宽度)之间的关系。具体来说，这指的是各凸部的排列方向上的宽度比入射到光学功能面的光束的同方向宽度的2/3大。换言之，这指的是入射到光学功能面的光束的排列方向上的宽度不到各凸部的同方向宽度的1.5倍。
根据本发明，能够实现具有高光学性能且抗干扰性强的光学扫描系统。


图1是表示光扫描装置1的主要部分的结构的主扫描方向剖面图。
图2是将偏转器侧面33a的一部分进行扩大了的剖面图。
图3是将偏转器侧面33a的一部分进行扩大了的平面图。
图4是将变形例中所涉及的光学功能面33a的一部分进行扩大了的平面图。
图5是表示当m＝1时的算式6的坐标图。
图6是表示当m＝2时的算式6的坐标图。
图7是表示入射到面71的平行单色激光光束70产生衍射的情况。
图8是表示由于面71所产生的远场图样(far field pattern)72的角度分布图。
图9是表示周期数和像强度之间相互关系的图表。
图10是表示0次衍射光的远场图样72的强度分布的尖峰位置(衍射角度或者折射角度)和周期数之间相互关系的图表。
图11是表示周期数和像强度之间相互关系的图表。
图12是表示周期数和像强度之间相互关系的图表。
图13是表示图11、图12中远场图样强度分布的尖峰位置和周期数之间相互关系的图表。
图14是图像形成装置2的结构图。
图15是表示相对于光学功能面33a的Y轴方向的位置的凸部35的宽度及入射到光学功能面33a的激光光束70的主扫描方向的宽度的图表。
图16是表示实施例中光学扫描系统的像面弯曲量的图。
图17是表示实施例中光学扫描系统的fθ特性的图。
图18是表示比较例中光学扫描系统的像面弯曲量的图。
图19是表示比较例中光学扫描系统的fθ特性的图。
具体实施例方式
本发明的研究人员等潜心研究的结果是，首次发现下记现象，即在形成有多个凸部排列而成的剖面为锯齿状的光学功能部的光学功能面上，当各凸部的排列方向上的宽度比入射到光学功能面的激光光束的同方向宽度窄，特别是激光光束的同方向宽度是各凸部的同方向宽度的2倍以上时，由于激光光束的入射将产生衍射光束；另一方面当各凸部的排列方向上的宽度与入射到光学功能面的激光光束的同方向宽度实质上相同或者比入射到该光学功能面的激光光束的同方向宽度宽时衍射光束的产生得到抑制，折射光的产生成为主导，由于这一发现从而完成了本发明。
以下关于本发明的实施例，在参照附图的同时加以详细说明。
图1是表示本实施例所涉及的光扫描装置1的主要部分的结构的主扫描方向剖面图。还有，图2是将光学功能面33a的一部分进行扩大了的剖面图。图3是将偏转器侧面33a的一部分进行扩大了的平面图。
本实施例所涉及的光扫描装置1，包括光源10、第一光学成像系统20和、使来自光源10的激光光束60偏转并对被扫描面50进行扫描的光学扫描系统30。光学扫描系统30，包括具有多个偏转面并使来自光源10的激光光束60偏转的偏转器(例如多角镜等)31和、第二光学成像系统32。
光源10是发射出激光光束60的装置。光源10能够由例如半导体激光器元件等构成。
第一光学成像系统20，是用以使来自光源10的激光光束60相对于偏转器31的偏转面进行成像的系统。第一光学成像系统20的结构并没有被特别限定，例如图1所示，第一光学成像系统20能够由准直透镜21和圆柱形透镜22构成。在本实施例中，准直透镜21是用于将从光源10射出的激光光束60变换为大致平行的光束的元件。圆柱形透镜22，是在主扫描方向不具有光学能量，仅在垂直于主扫描方向的副扫描方向具有光学能量的透镜。并且，圆柱形透镜22构成为使由准直透镜21变换为大致平行光束的激光光束60在主扫描剖面内按照现有状态射出，另一方面使上述激光光束60在副扫描剖面内会聚并在偏转器31的偏转面(偏转反射面)上作为线像(linear image)进行成像。
第二光学成像系统32是用于使由偏转器31偏转的激光光束60在被扫描面50上进行成像的系统。在本实施例中，第二光学成像系统32是包括光学功能面33a、且不具有衍射面的系统。在光学功能面33a中，如图2所示，在至少一部分上形成有多个凸部35排列而成的剖面为锯齿状的光学功能部34。具体来说，在本实施例中，在光学功能面33a的激光光束60所射入的整个区域形成有光学功能部34。
光学功能部34的形状，是以在成为基础的球面、非球面、自由曲面形状上附加了使所希望的光路差产生的光路差函数后的形态表示的。更加具体地来说，在本实施例中，各凸部35，是由沿着各个线条延伸的、与光路差函数相对应的第一侧面35a和、第二侧面35b构成的剖面大致呈三角形的线条凸部，且沿着与主扫描方向大致平行的方向排列。在此，如图3所示，凸部35是沿着副扫描方向笔直延伸的，而也可以形成像例如图4所示的那样，使多个凸部35各自弯曲成环带状。
再者，在本说明书中，所谓的“剖面大致呈三角形”包含剖面为三角形、顶部为倒角或R倒角的三角形、一边或两边由曲线构成的三角形，顶部的角度可以在90度以上，也可以在90度以下。
在此，光学功能面33a构成为各凸部35的排列方向上的宽度W1比入射到光学功能面33a的激光光束60的同方向宽度(排列方向上的宽度)W2宽(也可以与该宽度W2相同)。因此，光学功能面33a具有实质上不使激光光束60衍射、而使激光光束60折射的效果。由此，光学功能面33a的灵敏度低于衍射面的灵敏度。所以，光学功能面33a的光学特性相对于干扰而言稳定，其结果是能够实现抗干扰性强的(相对于干扰而言稳定的)光学扫描系统30。
再者，在本说明书中，将形成有多个凸部排列而成的剖面为锯齿状的光学功能部，且实质上不使入射光衍射，而使其折射的光学功能面称为“不连续折射面”。还有，将形成有多个凸部排列而成的剖面为锯齿状的光学功能部，且实质上不使衍射光产生，而使入射光反射的光学功能面称为“不连续反射面”。
还有，因为光学功能面33a，作为衍射面不起作用，而作为折射面起作用，所以不产生像衍射面那样的高负色散。因此，能够相对减小在光学功能面33a产生的色象差。其结果是能够实现光学扫描系统30的高光学性能。
再者，如上所述，光学功能面33a与衍射面相同，所具有的是在成为基础的球面、非球面、自由曲面形状上附加光路差函数后的形态，所以具有与衍射面相同的象差补正功能。
根据以上所述，通过使用本实施例的光学功能面33a来代替衍射面，从而能够实现具有高光学性能且抗干扰性强的光学扫描系统30、进而能够实现光扫描装置1。
再者，在此作为特别理想的实施例，对各凸部35的排列方向上的宽度W1比入射到光学功能面33a的激光光束60的同方向宽度(排列方向上的宽度)W2宽的情况进行举例说明，而宽度W1与宽度W2也可以大致相同。具体来说，不仅是宽度W2＝宽度W1，也可以是宽度W1＞(2/3)×宽度W2(较好的是宽度W1＞0.77×宽度W2，更好的是宽度W1＞0.83×宽度W2，最好的是宽度W1＞0.91×宽度W2)。即使在这种情况下，如下文所详细叙述的那样，因为光学功能面33a的色散特性变得更加接近于折射光的色散特性，所以能够实现抗干扰性强的光学扫描系统30、进而能够实现光扫描装置1。
还有，本实施例中的光学扫描系统30，特别适合于使用波长互不相同的多种激光光束的所谓多波束扫描装置。衍射面的特性，是其衍射效率取决于波长，对于闪耀波长以外的波长的激光光束来说，一般存在衍射效率降低的倾向，但在具有折射作用的光学功能面33a中，上述的波长依存性降低，能够使任意的激光光束都以高效率折射。
从实现更高光学性能的观点来看，最好是构成为各凸部35的第一侧面(主要的光入射面)35a的排列方向上的宽度W3比入射到光学功能面33a的激光光束60的同方向宽度(排列方向上的宽度)W2宽。再者，具体来说，能够将W2设定为2～3mm左右，将W3设定为数mm～数十mm左右，例如可将W3设定为5mm左右。一旦增大W3则相邻的凸部35相互之间的高低差异变大，光学性能劣化的同时制作产生困难，所以更好的是W3和W2近似。
还有，从实现高光学性能的观点来看，最好是将光学功能面33a构成为使从相邻的凸部35射出的激光光束60相互之间的光路差成为激光光束60的波长的m倍(且，m是整数)。具体来说，最好是将光学功能面33a构成为使从相邻的凸部35的第一侧面35a射入且从凸部35射出的激光光束60相互之间的光路差成为激光光束60的波长的m倍。由此，能够使透过相邻的凸部35的第一侧面35a的激光光束60相互之间的相位一致。因此，能够实现良好的集光特性。
还有，从提高光利用效率的观点来看，最好是通过使第二侧面35b大致平行于射入到光学功能面33a的激光光束60的入射方向，从而使第二侧面35b作为折射面实质上不起作用，并降低激光光束60对第二侧面35b的入射量。还有，实质上不作为折射面使用的第二侧面35b，最好是构成为使激光光束60散射。具体来说，最好是例如对第二侧面35b的表面进行粗化处理，使入射的激光光束60散射。或者，最好是通过将例如黑色颜料或黑色染料等涂敷在第二侧面35b上，从而使第二侧面35b构成为对激光光束60进行吸收。根据这些构成，能够抑制向实质上不作为折射面使用的第二侧面35b射入的光到达被扫描面50上。因此，能够抑制由于向第二侧面35b射入的光所引起的光扫描装置1的光学性能的劣化。
再者，在本实施例中，对包括仅有一个不连续折射面的第二光学成像系统32的光扫描装置1进行举例说明，而第二光学成像系统32也可以具有两个以上的不连续折射面。
在本实施例中，第二光学成像系统32的结构只要是具有至少一个不连续折射面的结构即可，并没有特别的限定，例如图1所示，可以是由一个具有fθ特性的扫描镜头33构成的，且该扫描镜头33为偏转器31一侧的光学功能面33a是由不连续折射面构成的，另一方面被扫描面50一侧的光学功能面33b不是由不连续折射面而是由曲面形状的折射面构成的。如上所述，通过仅用一个扫描镜头33来构成第二光学成像系统32，从而能够实现小型且低成本的光扫描装置1。
更加具体地说，扫描镜头33可以是光学功能面33b为复曲(toric)面、且在主扫描方向和副扫描方向具有不同能量的变形镜头。特别是构成为光学功能面33a的光学能量仅在主扫描方向形成的这一结构，因为周期结构为直线形且制作简单，所以是很理想的。再者，第二光学成像系统32(在本实施例中具体指的是扫描镜头33)，从降低成本的观点来看，最好是实质上由塑料构成的。
还有，设定第二光学成像系统32在主扫描方向上为非对称时，因为能够获得良好的象差特性，所以是很理想的。
还有，在本实施例中，关于第二光学成像系统32是由一个扫描镜头33构成的示例进行了说明，而第二光学成像系统32也可以是由多个透镜(lens)构成的。还有，也可以是由一个或多个反射镜(mirror)构成的，还可以是由一个或多个透镜以及一个或多个反射镜构成的。在第二光学成像系统32中使用反射镜时，该反射镜的反射面可以作为不连续反射面。
还有，在此对光学功能面33a是不连续折射面的示例进行了说明，但也可以是光学功能面33a为曲面状的折射面，光学功能面33b为不连续折射面。还有，光学功能面33a以及33b都可以是不连续折射面。
下面，关于在作为不连续折射面的光学功能面33a中实质上不产生衍射光，而产生折射光的原理进行说明。在此，利用平行激光光束70向剖面大致呈三角形(三棱状)的多个凸部排列而成的面71入射时的模式(参照图7)进行说明。
在此，面71的形状，是以在成为基础的非球面形状上附加了使所希望的光路差产生的光路差函数后的形态表示的。成为基础的非球面形状，在将光轴和面71的交叉点作为原点、光轴方向作为Z轴，且在主扫描剖面内将与光轴垂直的方向作为Y轴，在副扫描剖面内将与光轴垂直的方向作为X轴，且将从顶点即原点开始的下垂(sag)量设定为Z1的情况下，是由下面的算式1乃至3所决定的。
(算式1)Z1=f(y)+(x2g(y))1+1-(xg(y))2]]>(算式2)f(y)=(y2RDy)1+1-(1+k)(yRDy)2+ACy3+ADy4+AEy5+AFy6+AGy7+AHy8+AIy9+AJy10+AKy11+ALy12]]>(算式3)g(y)＝RDx(1+BAy+BBy2+BCy3+BDy4+BEy5wBFy6+BGy7+BHy8)在此，f(y)是表示x＝0时主扫描方向的非圆弧的算式，g(y)是表示在y位置的副扫描方向的曲率半径的算式，RDy是在顶点处的主扫描方向的曲率半径，RDx是y＝0时副扫描方向的曲率半径，AD、AE、AF、AG、AH、AI、AJ、AK、AL是决定主扫描方向的非圆弧的高次系数，BA、BB、BC、BD、BE、BF、BG、BH是决定在y位置的副扫描方向的曲率半径的系数。
下面，关于光路差函数进行说明。将光路差函数设定为OPD时，光路差函数则是由下面的算式4所决定的。
(算式4)OPD(y)＝HAy2+HBy3+HCy4+HDy5+HEy6
在此，HA、HB、HC、HD、HE是决定光路差函数的高次系数。并且，将由光路差函数决定的从顶点开始的下垂量设定为Z2时，则Z2是用下记算式5表示的。
(算式5)Z2=-OPD(y)+mjλ(n-1)]]>在此，λ是激光光束70的波长；n是具有面71的元件的折射率；j为整数，是将OPD被λ所除的结果，舍去小数点以下的位数后所得到的值；m是1以上的整数。
通过上述算式5来决定Z2，从而使从相邻的凸部射出的激光光束相互之间的光路差成为λ的m倍。不过，用算式5决定Z2时，对于相对光轴而言具有角度的光线将产生光路差的误差。为了减少该误差，实际上最好使用对于光线角度的影响已加以考虑的算式。但是，在对本原理进行说明时，为了说明的简便，则选择使用简单的算式5。
其次，如下所示对算式6进行定义。算式6是将算式5的分子部分用波长进行标准化(normalization)后所得出的算式。还有，在图5、图6中所示的是对算式6进行图解的结果。并且，图5所表示的是m＝1时的情况，图6所表示的是m＝2时的情况。
(算式6)R(y)=-OPD(y)+mjλλ]]>在图5、图6中用一点锁线表示的曲线相当于-OPD(y)，实线部分则相当于R(y)。在图5、图6中，当m＝1时，从相邻的凸部射出的激光光束相互之间的光路差为1个波长。另一方面，当m＝2时，从相邻的凸部射出的激光光束相互之间的光路差为2个波长。还有，已得知通过增大m的值，可以使R(y)的周期变宽。在此，通过决定m的值，从而使R(y)的周期、也就是凸部的周期d成为面71上的激光光束70的主扫描方向的宽度以上的宽度。
下面就相对于在面71上的激光光束70中所包含的凸部个数(以下，将“激光光束中所包含的凸部个数”称为周期数)的衍射效果的变化进行分析。图7是表示平行的单色激光光束70入射到面71后，产生衍射时的情况。将激光光束70的波长设定为λ、凸部的周期设定为d、衍射次数设定为m，当d＞＞mλ时，衍射角是由下记算式7决定的。还有，将凸部的顶角设定为ε、凸部的高度设定为h、具有面71的元件的材质折射率设定为n(λ)，当ε非常小时，由凸部产生的折射角是由下记算式8决定的。
(算式7)θd≈mλd]]>(算式8)θr≈(n(λ)-1)ϵ≈(n(λ)-1)hd]]>在此，当由凸部的高度h所决定的从相邻的凸部射出的激光相互之间的光路差为波长的整数倍(例如、1倍或者2倍等)、也就是满足下记算式9时，衍射角θd和折射角θr一致，此时的衍射效率最大。
(算式9)(n(λb)-1)h＝mλb在此，m是衍射次数；λb是闪耀波长；n(λb)是λb时具有面71的元件的材质折射率。
还有，当凸部的高度h不满足上述算式9时，衍射角θd和折射角θr将不一致。例如当由凸部的高度h所决定的从相邻的凸部射出的激光相互之间的光路差为波长的1/2、也就是满足下记算式10时，激光光束70为其中的大部分被衍射成为0次衍射光和1次衍射光。
(算式10)h=λb2(n(λb)-1)]]>下面，使用图8所示的解析模式，关于周期数(射入到面71的激光光束70中所包含的凸部个数)和远场图样72之间的相互关系进行说明。再者，对远场图样72的计算能够通过下记方法进行，即用聚光镜74对透过面71后的激光光束70进行聚光时的像面75的像强度分布(远场图样72)进行计算，并将像面75中的像强度分布换算成远场73中的角度分布。具体来说，远场73的像强度分布的计算能够按照下记算式11进行。
(算式11)I(Y)=(∫exp(i2πλ((Y-y)22f+y22f+pd(y))dy)2]]>在此，如图8所示，Y是远场73上的坐标轴；I是远场73中的位置Y处的强度；y是聚光镜74的光瞳面上的坐标轴；λ是激光光束70的波长；f是聚光镜74的焦点距离；pd是由于面71而向激光光束70追加的位置y处的光路差。
再者，远场73中的位置y，能够通过下记算式12换算成角度θ。
(算式12)θ=tan-1(Yf)]]>图9是表示周期数与像强度之间相互关系的图表。
图9中所示的数据的计算条件是，设定激光光束70的波长λ为780nm、聚光镜74的焦点距离f为100mm、具有面71的元件的折射率n(λ)为1.52499、面71的凸部周期为0.1mm，凸部的高度h将满足上述算式10。
在图9中所表示的是由算式7计算得出的0次、1次的衍射角以及由算式8计算得出的折射角。周期数比图9高时，可以看出激光光束70为其大部分被衍射成0次衍射光和1次衍射光。并且，随着周期数的降低，远场图样72的尖峰位置将逐渐接近折射角的方向。特别是在4周期以下的区域接近于折射角，在1周期时远场图样72的尖峰值与折射角完全一致。
图10是表示0次衍射光的远场图样72的强度分布的尖峰位置(衍射角度或者折射角度)和周期数之间相互关系的图表。在图10中用虚线表示用算式8计算得出的折射角。
如图10所示，当周期数高时，沿0次衍射光的衍射角即0度方向衍射。然而，随着周期数的减少，将从0次衍射光的衍射角偏离，在1周期(周期数为1)时与折射角完全一致。
如上所述，当周期数比较高时面71作为衍射面发挥作用，并沿着由算式7所示的衍射角的方向衍射。随着周期数的降低将逐渐不遵循算式7，且在1周期时完全遵循算式8所示的折射原理。也就是，成为按照算式8所示的折射角的方向折射。
其次，对于在λb＝780nm、n(λb)＝1.52499的条件下由算式9决定的凸部的高度h及激光光束70的波长λ为880nm的情况加以研究。并且，关于面71的凸部的间距以及聚光镜74的焦点距离f，所使用的是与图9、图10所示情况相同的数值。
图11是表示本实施例所涉及的周期数与像强度之间相互关系的图表。与图9相同，在图11中也是用虚线来分别表示由于面71所产生的由算式7计算得出的衍射角以及由于形成面71的一个周期的棱镜所产生的由算式8计算得出的折射角。
在算式8中具有面71的元件的材质折射率n(λ)是相对于波长880nm的折射率，所以一旦dn(λ)/dλ＝-2e-5(nm-1)时，相对于波长780nm的折射率将变为1.52199。还有，dn(λ)/dλ是每单位波长的折射率变化。
在本实施例中，也如图11所示，当周期数高时，激光光束70沿着衍射角的方向衍射。并且随着周期数的降低，远场图样72的尖峰位置将逐渐接近折射角的方向，在1周期时远场图样72的尖峰值与折射角基本上完全一致。
下面对于凸部的间距以及衍射次数与图11中的分析不同的情况也进行了分析说明。具体来说，将凸部的间距设定为0.2mm、将衍射次数设定为2。其他的分析条件使用了与图11中的分析相同的数值。其结果如图12所示。再者，在如图12所示的分析中，间距与次数都分别是图11的2倍，所以衍射角成为相同的值。还有，在两图中凸部的顶角ε也相等，所以折射角也成为与图11相同的值。
如图12所示，在本实施例中，也与图11所示的情况相同，当周期数高时，激光光束70沿着衍射角的方向衍射。并且随着周期数的降低，远场图样72的尖峰位置将逐渐接近折射角的方向，在1周期时远场图样72的尖峰值与折射角基本上完全一致。
图13是表示在图11、图12中远场图样强度分布的尖峰位置和周期数之间相互关系的图表。在图13中用虚线来表示用算式7得出的衍射角、和用算式8得出的折射角。还有用一点锁线来表示波长为780nm的平行光束入射到面71时的衍射角。再者，此时衍射角与折射角是一致的。
在图13中也是图11的远场图样尖峰位置和图12的远场图样尖峰位置基本上完全一致。并且，当激光光束70中所包含的周期数高时，尖峰位置与理论衍射角一致，伴随着周期数的减少尖峰位置逐渐接近理论折射角，在1周期时与折射角基本上完全一致。
如上所述，不论其间距或衍射次数，当周期数高时面71作为衍射面发挥作用，并沿着算式7所示的衍射角的方向衍射。另一方面，随着周期数的减少将逐渐不遵循算式7，且在1周期时基本上完全遵循算式8所示的折射原理。
还有，在图13中用一点锁线表示的波长为780nm的平行光束入射到面71时的衍射角(＝折射角)和、用虚线表示的波长为880nm的平行光束入射到面71时的衍射角之间的角度差，是由于衍射产生的色散特性。用一点锁线表示的波长为780nm的平行光束入射到面71时的衍射角(＝折射角)和、用虚线表示的波长为880nm的平行光束入射到面71时的折射角之间的角度差，是由于折射产生的色散特性。在d＞＞mλ时，衍射角的色散特性是由算式13所决定的。另一方面，折射角的色散特性，在ε非常小时是由算式14所决定的。
(算式13)Δθd≈mdΔλ]]>(算式14)Δθr≈∂n(λ)∂λϵΔλ]]>在本实施例中，因为Δλ＝100nm，所以通过将把该数值分别代入算式13、算式14后所得到的角度差的值附加在图13中用一点锁线表示的波长为780nm的平行光束入射到面71时的衍射角(＝折射角)上，从而能够获得用虚线表示的波长为880nm时的衍射角和折射角。由此可以看出关于面71的色散特性也是在周期数高时遵循衍射的原理，而伴随着周期数的下降将逐渐不遵循衍射的原理，在1周期时基本上完全遵循折射的原理。
再者，在背景技术中所示的日本专利公开2005-37561号公报中，通过在扫描镜头的镜面使用菲涅耳透镜，且使上述菲涅耳透镜的周期结构的间距大于光束宽度的1/20，从而大体上去除掉衍射以及干扰的影响，然而如图9～图13的分析结果所示，即使将菲涅耳透镜的周期结构的间距设定为光束宽度的1/10左右，衍射作用仍然占据主导地位。
下面，关于在本实施例中所说明的光扫描装置1的应用例进行说明。具体来说，在此关于使用了光扫描装置1的图像形成装置2进行说明。
图14是表示图像形成装置2的结构图。
图像形成装置2包括上述的光扫描装置1、一次带电器150、显影器152、转印带电器153、清洁器154、定影装置155和供纸盒156以及感光鼓157。
在图像形成装置2中，首先利用光扫描装置1，形成静电潜像并将打印信息作为静电潜像记录到感光鼓157上。感光鼓157的表面，由一旦被光照射就将产生电荷变化的感光体所覆盖。利用一次带电器150，使感光鼓157的表面附着静电离子且带电。已带电的感光鼓157，通过显影器152，在打印部附着带电墨粉并进行显影。在感光鼓157上附着的墨粉，通过转印带电器153转印到供纸盒156所供给的纸张上。所转印的墨粉，通过定影装置155被定影在纸张上。剩余的墨粉被清洁器154去除。
图像形成装置2，因为使用上述的光扫描装置1，所以具有小型、低成本、高解像度的特点。
(实施例)下面，关于实施本发明的光学扫描系统，在列举结构数据以及各种象差图等的基础上加以更为具体的说明。在此，所说明的数值实施例与上述实施例相对应。在下面的表1中表示的是本实施例的光学规格。还有，在下面的表2中所示的是表示本实施例中光学功能面33a的形状的参数。在下面的表3中所示的是表示本实施例中光学功能面33b的形状的参数。
(表1)

(表2)

(表3)

在此，将设计波长设定为λ(mm)；有效扫描宽度设定为Yo(mm)；与有效扫描宽度相对应的偏转角设定为θo(deg.)；偏转器31的内接圆半径设定为rp(mm)；位于扫描中心的激光光束70在偏转器31的偏转面上的反射角设定为α(deg.)；偏转器31的偏转面和被扫描面50之间的距离设定为L1(mm)；扫描镜头33的光学功能面33b的顶点和被扫描面50之间的距离设定为L2(mm)；扫描镜头33的中心厚度设定为TH(mm)。
还有，fm(mm)是由下面的算式15决定的。
(算式15)fm=180Yoπθo]]>还有在本数值实施例中，偏转器31，配置在位于扫描中心的反射点从偏转面的中心偏离且沿远离光源10的方向仅移动Δx(mm)的位置上。
在图15中表示的是相对于光学功能面33a的Y轴方向的位置的凸部35的宽度及入射到光学功能面33a的激光光束70的主扫描方向的宽度。从图15中可以看出在光学功能面33a的整个有效范围中，设计为相较激光光束70的主扫描方向的宽度而言，凸部35的宽度宽。
在图16中表示的是实施例中光学扫描系统的像面弯曲量。还有，在图17中表示的是实施例中光学扫描系统的fθ特性。从图16、图17中可以看出像面弯曲、fθ特性被进行了良好的补正。
(比较例)在下面的表4中表示的是本比较例的光学规格。还有，在下面的表5中所示的是表示本比较例中光学功能面33a的形状的参数。在下面的表6中所示的是表示本比较例中光学功能面33b的形状的参数。
(表4)

(表5)

(表6)

在比较例中主扫描方向的像面弯曲在图18中表示，主扫描方向的fθ特性在图19中表示。从图18、图19中可以看出与实施例相比，比较例的光学特性没有被进行补正。
本发明，并不只限定于上述实施例，在不脱离该精神或者主要特征的前提下也能够以其他各种各样的形式加以实施。这样一来，上述的实施例从任何方面来看仅仅是个示例，并没有加以限定性的解释。本发明的范围如权利要求的范围所表示的那样，并没有被说明书加以任何限制。再者，属于权利要求范围的均等范围的变形或者变更，都在本发明的范围内。
权利要求
1.一种光学扫描系统，使来自光源的光束偏转并对被扫描面进行扫描，其特征在于包括偏转器，该偏转器使来自上述光源的光束偏转、和光学成像系统，该光学成像系统用以使由上述偏转器偏转的光束聚焦在上述被扫描面上；上述光学成像系统，具有至少一个光学功能面，且在该光学功能面的至少一部分上形成有多个凸部排列而成的剖面为锯齿状的光学功能部，该至少一个光学功能面构成为上述各凸部的排列方向上的宽度与入射到该光学功能面的光束的上述排列方向上的宽度实质上相同或者比入射到该光学功能面的光束的上述排列方向上的宽度宽。
2.根据权利要求1所述的光学扫描系统，其特征在于上述光学功能面构成为实质上不使由上述偏转器偏转的光束衍射。
3.根据权利要求1所述的光学扫描系统，其特征在于上述光学功能部至少形成在上述光学功能面的上述光束射入的整个区域。
4.根据权利要求1所述的光学扫描系统，其特征在于上述多个凸部沿着与主扫描方向大致平行的方向排列。
5.根据权利要求1所述的光学扫描系统，其特征在于上述至少一个光学功能面构成为使从相邻的上述凸部射出的光束相互之间的光路差成为上述光束的波长的整数倍。
6.根据权利要求1所述的光学扫描系统，其特征在于上述各凸部，是由沿着各个线条延伸的第一侧面和第二侧面构成的剖面大致呈三角形的线条凸部。
7.根据权利要求6所述的光学扫描系统，其特征在于上述第一侧面构成为该第一侧面位于由上述偏转器偏转的光束射入的位置，该第一侧面的上述排列方向上的宽度与入射到上述光学功能面的光束的上述排列方向上的宽度实质上相同或者比入射到该光学功能面的光束的上述排列方向上的宽度宽。
8.根据权利要求6所述的光学扫描系统，其特征在于上述第二侧面构成为使由上述偏转器偏转的光束散射。
9.根据权利要求6所述的光学扫描系统，其特征在于上述第二侧面构成为对由上述偏转器偏转的光束进行吸收。
10.根据权利要求1所述的光学扫描系统，其特征在于上述光学功能面相对于上述光学成像系统的光轴而言在主扫描方向上是非对称的。
11.根据权利要求1所述的光学扫描系统，其特征在于上述光学成像系统，是由具有上述光学功能面的一个透镜构成的。
12.根据权利要求1所述的光学扫描系统，其特征在于上述光学成像系统是由多个透镜构成的。
13.根据权利要求1所述的光学扫描系统，其特征在于上述光学成像系统是由一个或多个透镜以及/或者一个或多个反射镜构成的。
14.根据权利要求1所述的光学扫描系统，其特征在于上述光学成像系统是由塑料形成的。
15.根据权利要求1所述的光学扫描系统，其特征在于上述光学功能部是使上述光束折射的面或者是使该光束反射的面。
16.一种图像形成装置，其特征在于包括权利要求1所述的光学扫描系统。
17.一种光学成像系统，在使来自光源的光束偏转并对被扫描面进行扫描的光学扫描系统中用以使光束聚焦在被扫描面上，其特征在于具有至少一个光学功能面，且在该光学功能面的至少一部分上形成有多个凸部排列而成的剖面为锯齿状的光学功能部，该至少一个光学功能面构成为上述各凸部的排列方向上的宽度与入射到该光学功能面的光束的上述排列方向上的宽度实质上相同或者比入射到该光学功能面的光束的上述排列方向上的宽度宽。
全文摘要
本发明涉及一种光学扫描系统、图像形成装置以及光学成像系统，其目的在于提供一种具有高光学特性且抗干扰性强的光学扫描系统。该光学扫描系统包括使来自光源的激光光束偏转的偏转器和、用以使由偏转器偏转的激光光束聚焦在被扫描面上的第二光学成像系统。第二光学成像系统具有光学功能面，且在该光学功能面的至少一部分上形成有多个凸部排列而成的剖面为锯齿状的光学功能部。该光学功能面构成为各凸部的排列方向上的宽度比入射到光学功能面的激光光束的上述排列方向上的宽度宽。
文档编号G03G15/04GK101086554SQ200710096828
公开日2007年12月12日 申请日期2007年4月4日 优先权日2006年6月7日
发明者市桥宏基, 松木大三郎 申请人:松下电器产业株式会社