专利名称：光学多束扫描装置及成像设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种扫描多个光束并能用于多滚筒式彩色打印机、多滚筒式彩色复印机、高速激光打印机、数字复印机等的光学多束扫描装置，以及使用该光学多束扫描装置的成像设备。
对应于颜色分离颜色分量的多个成像单元以及光学扫描装置(激光曝光装置)用于诸如多滚筒式彩色打印机和多滚筒式彩色复印机之类的成像设备中，该光学扫描装置将对应于上述颜色分量的多个图像数据也即多个激光束提供给上述图像形成单元。
通常，光学扫描设备包括半导体激光元件、第一透镜组、光学偏转装置和第二透镜组。半导体激光元件是光源。第一透镜组将从半导体激光元件发出的激光束的光束直径聚焦到预定的尺寸。光学偏转装置将通过第一透镜组聚焦的激光束朝着正交于记录介质传送方向的方向连续反射。第二透镜组通过光学偏转装置将偏转的激光束聚焦到记录介质的预定位置。通常，通过光学偏转装置偏转的激光束的方向被作为主扫描方向示出，记录介质传送的方向也即正交于主扫描方向的方向被作为次扫描方向示出。
当光学扫描设备包括多个半导体激光元件以输出多个激光束时，所述激光束通过光学元件彼此结合以形成汇聚的射束，并且所述的汇聚的射束是有助于潜像形成的原因。在日本专利申请公开(JP-A)No.11-218699(引用文献1)中公开的光学多束扫描装置可以作为结合多个光束以形成汇聚的射束的方法实例引用。
在JP-A No.11-218699中描述的光学多束扫描装置表现出如下特性，在光通量穿过偏振光束分裂器后所述光通量被归入偏转平面，并且在两个光通量即将入射到偏振光束分裂器之前，偏转平面从包括两个光通量的平面倾斜。如图2a和2b所示，光学多束扫描装置包括至少两个发光部分301、偶联透镜302、孔303、偏振光束分裂器305、反射器308和成像光学元件309。
孔径303设置在偶联透镜302和偏振光束分裂器305之间。孔径303的内孔303a具有图3所示的形状。特别地，当从发光部分301发出的两个光束的射束中心在内孔303a的中心重叠时，孔径303的内孔303a如此形成以使得其具有比两个光束彼此重叠部分小的圆环形状。也即，该孔径303的内孔303a如此安置以使其比大致椭圆形的光束彼此结合的范围要小。即，将孔径303的内孔303a设置得小于具有大致椭圆形的光束相互重叠的范围，所述椭圆形由超过1/e2峰值强度所确定。
然而，在传统的光学多束扫描装置中存在以下问题。
由于孔径303的内孔303a形成得比从发光部301发出的两个光束彼此重叠的部分要小，所以从每个发光部301发出的光量多半不被使用。因此，光学效率减少了，并且来自每个发光部分301的光不能被有效使用。
由于大部分入射光束通过孔径303被排除，所以考虑到光束的被排除部分，必须使用具有大光量的发光部分301。
由于辐射角度特征取决于光束，所以有时图像表面上的主扫描光束直径与次扫描光束直径不同。图像表面上的强度分布取决于光束，并且有时当细线仅仅由一个射束形成时，线的尺寸发生变化。
进一步，还存在用于通过用波片使光束偏振来结合光束的机构。然而，在这种情况下，由于必需将至少两个波片插入到光学路径中，所以成本增加了。
发明内容
为了解决上述问题，在本发明中改进了孔径机构和光束偏振方向。
在孔径机构中，该孔径机构的开口这样形成使其沿着椭圆形的短轴方向延伸到定义为强度不低于峰值强度的1/e2的区域外侧，并且该孔径机构的开口这样形成使其沿椭圆形的拱点线方向向内部变窄。
因此，光束的端部沿着椭圆形光束的拱点线方向从光源中除去，并且传到光束区域除之外的光束包含椭圆形光束的短轴方向，以便形成用于潜像形成的功能光。因此，图像表面的光束强度分配可以相对于主扫描方向和次扫描方向基本上以对称形状形成，其允许当不对称很强需消去时产生问题(在潜影形成期间写下直线时，依赖于方向和图像质量的降低，线的深度以及线的凹陷和投影问题是不同的)从光源发出的光束的偏振方向布置成使其相对于朝着次扫描方向延伸的直线具有对称关系或基本上对称的关系，同时这两个激光束通过结合光学元件的光学路径结合以彼此重叠。进一步，光束的偏振方向如此布置以使其相对于朝着次扫描方向和主扫描方向延伸的直线都具有对称关系或基本上对称的关系。在这种情况下，该光束通过提供孔径机构而不变窄，并且该光束直接用作功能光。
因此，在相对于次扫描方向具有对称性的光束中，或相对于次扫描方向和主扫描方向均具有对称性的光束中，由透射比的角度依赖所引起的光量不均匀在通过结合有光学元件的光学路径所结合的两个光束之间减少了。
如上所述，在从光源发出的除端部外沿着拱点线方向的光束中，由于功能光通过结合了短轴方向上甚至是光束区域之外而形成，所以光学效率提高了，通过以相对于次扫描方向和主扫描方向基本上对称的形状形成光束强度分配，光斑(旁波瓣)减少了，并且可以形成好的光束。由于不需要昂贵的波片，所以可以实现成本降低。
进一步，在相对于次扫描方向具有对称性的光束中，或在相对于次扫描方向和主扫描方向均具有对称性的光束中，由透射比的角度依赖所引起的光量不均匀可以减少，当由多个光束在单滚筒中形成潜像时，以及当相同的潜像平行地形成于多个滚筒时，通过每个激光束在滚筒的表面上平行地形成的线深度不会产生起伏，并且可以使该线路的深度均匀。由柱偏转光学系统引起的并且其中随着偏转角增加透射比减少的现象可以得到扼制。
在这种情况下，由于该光束通过提供孔径机构而不会变窄，所以透射比的减少可以最小化。由于不需要昂贵的波片，可以实现成本降低。
图1是一个平面图，示出了根据本发明实施例的孔径；图2是一个示意性平面图，示出了传统的光学多束扫描装置；图3是一个示意性侧视图，示出了传统的光学多束扫描装置；图4是一个成像设备的示意性剖面图，其中使用了根据本发明实施例的光学多束扫描装置；图5是一个示意性平面图，示出了装入图4所示成像设备中的光学多束扫描装置的光学部件的配置；图6是当图5所示光学扫描设备沿着第一光源和光学偏转装置之间的系统的光轴剖开时，该光学扫描设备的局部剖面图；图7是在次扫描方向上图5所示光学扫描设备的局部剖面图，并且图7还是一个示出了朝着光学偏转装置的第一激光束到第四激光束的状态的示意图；图8是当图5所示光学扫描设备在光学偏转装置的偏转角是0°的位置上时，该光学扫描设备的示意性剖面图；图9是一个平面图和侧视图，示出了结合图5所示光学扫描设备的镜单元的激光束；图10是一个示意性侧视图，示出了一个四光束扫描设备；图11是一个示意图，示出了激光二极管阵列的配置实例；图12是一个侧视图，示出一偏振光束分裂器；图13是一个平面图，示出了根据本发明另一实施例的孔径；图14是一个图表，示出了光学多面体旋角和透射比之间的关系；图15是一个平面图，示出了根据本发明一实施例的孔径；图16是一个平面图，示出了传统的孔径；图17是一个图表，示出了通过传统孔径的图像表面光束强度分配；图18是一个图表，示出了借助根据本发明实施例的孔径的图像表面光束强度分配；
图19是一个平面图，示出了根据本发明另一实施例的孔径；图20是一个图表，示出了借助根据本发明另一实施例的孔径的图像表面光束强度分配；图21是根据本发明第二实施例成像设备的示意性剖面图；图22是一个示意性平面图，示出了结合到图21所示成像设备的光学多束扫描装置的光学部件的配置；以及图23是一个示意性透视图，示出了结合到图21所示成像设备的光学多束扫描装置的光学部件的配置。
具体实施例方式
参照附图，将在下面描述本发明的实施例。根据本实施例的光学多束扫描装置和成像设备可用于多滚筒式彩色打印机、多滚筒式彩色复印机、高速激光打印机、数字复印机、单滚筒式单色打印机等等。在下面的描述中，在其中使用四光束或八光学扫描设备的多滚筒式彩色打印机将被作为第一实施例加以描述，并且在其中使用双束光学扫描设备的单滚筒型单色打印机(单色成像装置)将被作为第二实施例加以描述。
第一实施例首先，将要描述多滚筒式彩色打印机。
图4示出了根据本发明第一实施例的多滚筒式彩色打印机。通常将各种类型的形成四种图像数据和每个颜色分量图像的四套装置用于这种多滚筒式彩色打印机。该图像数据按颜色分成Y(黄色)、M(品红色)、C(青蓝色)和B(黑色)各个颜色分量。该图像对应于Y、M、C和B形成各颜色分量。因此，每个颜色分量的图像数据和对应于每个颜色分量的装置通过将Y、M、C和B加上各参考数字来识别。
如图4所示，彩色打印机100包括第一到第四成像单元50Y、50M、50C和50B，其中图像按各分色的颜色分量(即Y、M、C和B)形成。
成像单元50Y、50M、50C和50B在光学多束扫描装置1下面顺序地排列成一列，以便对应于如下位置，该位置是分别相应于颜色分量图像的激光束LY、LM、LC和LB通过光学多束扫描装置1中第三反射镜37Y、37M和37C以及第一反射镜33B入射的位置，上述光学多束扫描装置1将参照图5到9在下面论及。
传送由各成像单元50Y、50M、50C和50B形成的图像的传送带52布置在成像单元50Y、50M、50C和50B之下。
传送带52围绕着皮带传动辊56和张力辊54输送。该皮带传动辊56通过马达(未示出)朝着箭头方向旋转，并且该传送带52在皮带传动辊56旋转的方向上以预定的速度旋转。
各成像单元50Y、50M、50C和50B为圆柱形滚筒的形状，同时可以沿箭头方向旋转。该成像单元50Y、50M、50C和50B分别具有光电导体滚筒58Y、58M、58C和58B，在该光电导体滚筒58Y、58M、58C和58B上通过光学扫描设备和它的激光束形成对应于各图像的静电潜像。
带电装置60(Y、M、C和B)、显影装置62(Y、M、C和B)、转印装置64(Y、M、C和B)、清洁器66(Y、M、C和B)和电荷除去装置68(Y、M、C和B)按照沿着光电导体滚筒58旋转方向的顺序布置在各光电导体滚筒58Y、58M、58C和58B的周围。带电装置60给光电导体滚筒58的表面提供预定的电位。显影装置62通过提供对应于在光电导体滚筒58表面上形成的静电潜像的彩色色粉实施显影。转印装置64通过传送带52与光电导体滚筒58相对，并且该转印装置64将光电导体滚筒58上的色粉图像转印到传送带52或记录介质，该记录介质即通过传送带52传送的记录纸P。在色粉图像通过转印装置64转印之后，清洁器66除去保持在光电导体滚筒58上的色粉。在色粉图像通过转印装置64转印之后，电荷除去装置68除去保持在光电导体滚筒58上的电位。
激光束LY、LM、LC和LB通过分别结合两个激光束形成。经结合的激光束LY、LM、LC和LB通过反射镜37Y、37M、37C和33B引导到光电导体滚筒58上，并在次扫描方向上分别分成两束。各激光束LY、LM、LC和LB在带电装置60和显影装置62之间入射。
纸盒70布置在传送带52下面。记录介质(即记录纸P)保存在纸盒70中，其中由成像单元50形成的图像转印到该记录介质上。
通常是半月形的送纸辊72布置在纸盒70靠近张力辊54的一端。送纸辊72从一叠记录纸P的上面一个接一个地取出保存在纸盒70中的记录纸P。定位辊74布置在送纸辊72和张力辊54之间。定位辊74定位一张从纸盒70中取出的记录纸P的前端，并且在成像单元50B中在光电导体滚筒58B上形成色粉图像的前端。
吸附辊76布置在定位辊74和第一成像单元50Y之间，并且该吸附辊76通过传送带52与张力辊54的外围相接触。吸附辊76将预定的静电吸附力提供给一张通过定位辊74在预定时间传送的记录纸P。吸附辊76和张紧辊54的轴线相互平行布置。
定位传感器78和80布置在传送带52的一端，同时定位传感器78和80与皮带传动辊56夹着传送带52。定位传感器78与80沿着皮带传动辊56轴的方向彼此分离布置(由于图4是前视图，因此仅示出后传感器80)。定位传感器78和80感知在传送带52上或在通过传送带52传送的记录纸P上形成的图像的位置。
传送带清洁器82布置为该传送带清洁器82与皮带传动辊56夹着传送带52。该传送带清洁器82将附着于传送带52上的色粉或记录纸P的纸粉除去。
固定装置84沿着如下方向布置在该方向上通过传送带52传送的记录纸P与张力辊56分离并进一步传送。在固定装置84中，转印到记录纸P的色粉图像被固定在记录纸P上。
图5示出了用于图4所示彩色成像设备的光学多束扫描装置。通常如下四套装置用于图4所示的成像设备，这四套装置形成四种分色成各颜色分量Y、M、C和B的图像数据颜色，并且图像在各颜色分量上对应于Y、M、C和B。因此，如图4一样，各颜色分量的图像数据和对应于各颜色分量的装置通过将Y、M、C和B添加上各自的参考数字来识别。
如图5所示，该光学多束扫描装置包括仅仅一个作为偏转机构的光学偏转装置5。该偏转机构将激光束从作为光源的激光元件向着布置在预定位置的图像表面以预定的线速度偏转出来，该预定位置即图4所示的第一到第四成像单元50Y、50M、50C和50B中的光电导体滚筒58Y、58M、58C和58B的各预定位置。在下文中激光束被光学偏转装置5的偏转方向将作为主扫描方向示出。
该光学偏转装置5包括一个光学多面体主体5a和一个马达(未示出)。在该光学多面体主体5a中，八个平面反射镜按正多边形布置。马达沿着主扫描方向以预定速度旋转该光学多面体主体5a。例如，该光学多面体主体5a由铝构成。光学多面体主体5a的各反射面沿着包括光学多面体主体5a进行旋转的方向的表面进行切割，上述表面也即正交于主扫描方向的表面，上述方向即次扫描方向。然后，诸如SiO2之类的表面保护层挥发在该切割面上以形成该光学多面体主体5a。
柱偏转光学系统30包括布置在光偏转装置5和图像表面之间的第一和第二成像透镜30a和30b、仅一个水平同步检测器23、仅一个水平同步反射镜25等等。第一和第二成像透镜30a和30b通过光学偏转装置5的反射面给朝着预定方向偏转的激光束赋予预定的光学特性。水平同步检测器23检测每一个在柱偏转光学系统30中从第二成像透镜30b发出的已结合的激光束LY、LM、LC和LB是否达到了位于图像记录区域前端的预定位置。水平同步反射镜25布置在柱偏转光学系统30和水平同步检测器23之间。在枉偏转光学系统30中穿过至少一个透镜的四乘二个已结合的激光束L(Y、M、C和B)的一部分通过水平同步反射镜25朝着水平同步检测器23反射。在由水平同步反射镜25反射的四乘二个已结合的激光束L的部分中，沿着主扫描方向的激光束和沿着次扫描方向的激光束都向水平同步检测器23反射。
下面，将详细描述布置在光源和光学偏转装置5的激光元件之间的预偏转光学系统。
光束扫描装置1具有第一到第四光源3Y、3M、3C和3B(MM是一个正整数，并且在这种情况下M是4)，该第一到第四光源产生激光束，所述的激光束对应于分色为颜色分量的图像数据。第一到第四光源3Y、3M、3C和3B的每一个包括满足Ni(i为正整数)的第一和第二(N1＝N2＝N3＝N4＝2)个激光元件。
第一到第四光源3Y、3M、3C和3B分别包括对应于Y的黄色的第一激光3Ya和黄色的第二激光3Yb(即黄色图像)、对应于M的品红色的第一激光3Ma和品红色的第二激光3Mb(即品红色图像)、对应于C的青色的第一激光3Ca和青色的第二激光3Mb(即青色图像)以及对应于B的黑色的第一激光3Ba和黑色的第二激光3Bb(即黑色图像)。激光束LYa和LYb、LMa和LMb、LCa和LCb或LBa和LBb的每一部分从第一和第二激光元件发出。
预偏转光学系统7Y、7M、7C和7B分别布置在激光元件3Ya、3Ma、3Ca以及3Ba和光学偏转装置5之间。预偏转光学系统7将从光源3Ya、3Ma、3Ca和3Ba发出的激光束LYa、LMa、LCa和LBa的每个截面光束点形状布置为预定形状。
该预偏转光学系统7Y将通过使用从黄色的第一激光3Ya到光学偏转装置5的激光束LYa(其表示激光束L)来进行描述。
有限焦点透镜9Ya给从黄色第一激光3Ya放射出的发散激光束预定的会聚，以及孔径10Ya将截面的光束形状调整为所述激光的预定形状。在穿过孔径10Ya的激光束LYa中，该预定会聚通过混合柱面透镜11Y进一步仅仅给向次扫描方向，然后该激光束LYa被引导向光学偏转装置5。
偏振光束分裂器12Y插入在有限焦点透镜9Ya和混合柱面透镜11Y之间。偏振光束分裂器12Y在后面将详细描述。有限焦点透镜9Yb和孔径10Yb布置在黄色的第二激光3Yb和偏振光束分裂器12Y之间。该有限焦点透镜9Yb和孔径10Yb将从黄色的第二激光3Yb发出的激光束LYb赋予预定的会聚。
该激光束LYa和LYb通过偏振光束分裂器12Y基本结合成一个激光束。该激光束LYa和LYb在次扫描方向上具有预定的束间距。各激光束LYa和LYb穿过激光结合镜单元13，并被导向光学偏转装置5，所述的激光结合镜单元13参照图9稍后进行描述。
对于激光束LYa的这种情况，参照M(品红)，有限焦点透镜9Ma、孔径10Ma、混合柱面透镜11M、偏振光束分裂器12M、品红色的第二激光3Mb、有限焦点透镜9Mb和孔径10Mb布置在品红色的第一激光3Ma和激光结合镜单元13之间。参照C(青色)，有限焦点透镜9Ca、孔径10Ca、混合柱面透镜11C、偏振光束分裂器12C、青色的第二激光3Cb、有限焦点透镜9Cb和孔径10Cb布置在青色的第一激光3Ca和激光结合镜单元13之间。参照B(黑色)，有限焦点透镜9Ba、孔径10Ba、混合柱面透镜11B、偏振光束分裂器12B、黑色的第二激光3Bb、有限焦点透镜9Bb和孔径10Bb布置在黑色的第一激光3Ba和激光结合镜单元13之间。光源3、偏转光学系统7和激光结合镜单元13整体地由铝合金等制成的保持部件15容纳。
单个透镜被用作有限焦点透镜9a和有限焦点透镜9b，在该单个透镜中UV硬化塑料非球面透镜(未示出)被结合到球面玻璃透镜或非球面玻璃透镜上。
图6是一个局部剖面图，示出了当从次扫描方向上查看光学路径并同时省略反射镜等时，位于预偏转光学系统7中的偏振光束分裂器12和光学偏转装置5的反射面之间的光学路径。在图6，仅仅示出了一个激光束LY(LYa)的光学元件作为代表。
混合柱面透镜11Ya由PMMA柱面透镜和玻璃柱面透镜19Ya形成。柱面透镜17Ya和柱面透镜19Ya在次扫描方向上具有基本上平滑的曲率。在PMMA柱面透镜17Ya中，与空气接触的表面基本上形成为平面。
在从激光结合镜单元13的反射面13M、13C和13B到图6中示出的预偏转光学系统7内的光学偏转装置5的范围内，图7示出了激光束LM、LC和LB。激光束LM、LC和LB从正交于光学偏转装置5反射面的旋转轴的方向(次扫描方向)入射到光学偏转装置5的反射面。激光束LY包括LYa和LYb，LM包括LMa和LMb，LC包括LCa和LCb，LB包括LBa和LBb。
从图7可以看到，激光束LY、LM、LC和LB沿着平行于光学偏转装置5反射面的旋转轴的方向以不同的间隔被导向光学偏转装置5。激光束LM和LC以非对称的方式相对于下述平面被导向光学偏转装置5的反射面，所述的平面包括反射面次扫描方向的中心，同时正交于光学偏转装置5反射面的旋转轴，也即包括光学多束扫描装置1系统的光轴的平面。对于在光学偏转装置5每个反射面上的激光束LY、LM、LC和LB当中的距离，LY和LM间的距离是3.20mm，LM和LC间的距离是2.70mm，以及LC和LB间的距离是2.30mm。
图8示出了布置在光学偏转装置5和光电导体滚筒58之间的光学元件，即当在光学偏转装置5的偏转角是0°的位置上朝着次扫描方向观测光学多束扫描装置1时，该光学多束扫描装置1中的图像表面。
如图8所示，第一反射镜33Y、33M、33C和33B，第二反射镜35Y、35M和35C，以及第三反射镜37Y、37M和37C布置在柱偏转光学系统30的第二成像透镜30b和图像表面之间。第一反射镜33Y、33M、33C和33B将穿过第二成像透镜30b的四乘二个激光束LY、LM、LC和LB朝着图像表面反射。第二反射镜35Y、35M和35C以及第三反射镜37Y、37M和37C进一步反射从第一反射镜33Y、33M和33C反射出的激光束LY、LM和LC。从图8中可以看到，对应于B(黑色)图像的激光束LB从第一反射镜33B反射并被导向图像表面，而未被其他镜反射。
保护光学多束扫描装置1内部以防止灰尘的防尘玻璃39Y、39M、39C和39B布置在图像表面和第三反射镜37Y、37M及37C和第一反射镜33B之间，并且布置在从第三反射镜37Y、37M和37C以及第一反射镜33B反射出的八个(四乘二)激光束LY、LM、LC和LB从光学多束扫描装置1输出的位置。
图9示出了激光结合镜单元13，该激光结合镜单元13将第一到第四已结合的激光束LY、LM、LC和LB作为一束激光束引导到光学偏转装置5的每个反射面。
该激光结合镜单元13包括第一到第三反射镜13M、13C和13B，第一到第三反射镜保持部分13α、13β和13γ以及基座13a。镜的数量比可成像颜色分量的数量(分色的颜色数量)少一个。第一到第三反射镜保持部分13α、13β和13γ保持第一到第三反射镜13M、13C和13B。基座13a保持第一到第三反射镜保持部分13α、13β和13γ。如上所述，从光源3Y发出的激光束LY(即黄色的第一激光3Ya和黄色的第二激光3Yb)直接被导向光学偏转装置5的反射面。
然后，参照图5和8将描述从光学偏转装置5的光学多面体镜5a反射出的激光束L、通过柱偏转光学系统30输出到光学多束扫描装置1之外的每个激光束LY、LM、LC和LB的倾斜度、以及反射镜33B、37Y、37M和37C之间的关系。
如上所述，该激光束LY、LM、LC、LB通过第一反射镜33Y 33Y、33M、33C和33B朝着预定的方向反射，所述的激光束LY、LM、LC、LB从光学偏转装置5的光学多面体5a反射并通过第一和第二成像镜30a和30b而被赋予预定的像差特性。
在这一点上，激光束LB通过第一反射镜33B反射并通过防尘玻璃39B直接导向光电导体滚筒58b。另一方面，激光束LY、LM和LC被导向第二反射镜35Y、35M和35C，并且通过第二反射镜35Y、35M和35C朝着第三反射镜37Y、37M和37C反射。然后，激光束LY、LM和LC被第三反射镜37Y、37M和37C反射，并通过防尘玻璃39Y、39M和39C以基本上均匀的间隔聚焦到光电导体滚筒上。在这种情况下，通过第一反射镜33B反射的激光束LB以及靠近激光束LB的激光束LC以基本上均匀的间隔聚焦到光电导体滚筒上。
激光束LB仅由反射镜33B反射，并且在通过光学多面体5a偏转之后从光学多束扫描装置1朝着光电导体滚筒58输出。因此，基本上仅由一个反射镜33B引导的激光束LB是安全的。
光学多束扫描装置1包括八个光源3，并且在偏振光束分裂器的结合由光束完成，所述的光束形成相同的潜像。如图10所示，形成不同图像的光束的结合可通过偏振分裂器完成。
在这种情况下，如同光学多束扫描装置1一样，该光束由四种光束LY、LM、LC和LB形成。
发射光束LB和LM的多个激光二极管的接合表面相对于次扫描方向向相同的方向倾斜。发射光束LC和LY的多个激光二极管的接合表面相对于次扫描方向向与发射光束LB和LM的多个激光二极管的接合表面相反的方向倾斜，同时发射光束LB和LM的多个激光二极管的接合表面的倾斜角与发射光束LC和LY的多个激光二极管的接合表面的倾斜角相等。光束LB和LM以及光束LC和LY入射到具有偏振光束分裂器表面的光学路径结合光学元件12中，所述的偏振光束分裂器表面输出偏振方向相对于次扫描方向倾斜45°的光束。由于偏振方向平行于接合表面延伸的方向，所以激光束LB、LM、LC和LY的偏振方向相对于次扫描方向变得对称。
从激光二极管发出的光束LB和LM在形成不同潜像的每个光束中沿着次扫描方向以不同的高度入射到偏振光束分裂器表面之一，所述激光二极管的接合表面向相同的方向倾斜。从第二激光二极管发出的光束LC和LY在形成不同潜像的每个光束中沿着次扫描方向以不同的高度入射到偏振光束分裂器的对向表面，所述第二激光二极管的接合表面向相反的方向倾斜。光束的偏振方向在偏振光束分裂器表面上彼此靠近并形成不同的潜像，该光束的偏振方向以彼此不同的方式布置。
因此，在光束LB和LM以及激光束LC和LY入射到偏振光束分裂器之前，激光束之间的间隔可以在布置普通镜的位置沿着次扫描方向变宽，以便通过用普通镜将光束LB和LM以及激光束LC和LY朝着主扫描方向反射而结合主扫描方向光学路径。进一步，超过50％的透射比和超过50％的反射比可以在光束LB和LM以及激光束LC和LY中获得。
在激光束与半镜结合之后，光学多束扫描装置1可以具有八个光源3并具有如图10所示的配置。在这种情况下，由于形成相同潜像的光束的偏振方向被对准，所以在用于形成相同潜像的发射光束的激光二极管中，接合表面向与次扫描方向相同的方向倾斜。
在具有以上描述配置的多滚筒式彩色打印机中，在实施例中尤其对孔径10进行了改进。在这种情况下，通过孔径10处理的光束没有使用波片。
光源3包括发射偏振长光束的激光二极管阵列。特别地，从该激光二极管阵列发出的光束变为椭圆形的光束(参见图1)，并且光束的偏振方向朝着辐射角小的方向(短轴方向)取向。
图11示出了两个激光二极管阵列发光的点的布置。在图11中，两个激光二极管阵列的发光的点彼此重叠，以使得两个激光二极管阵列的偏振方向相对于次扫描方向具有相同的角度并且所述的偏振方向彼此相反。特别地两个激光二极管阵列布置或使得两个激光束的偏振方向相对于朝着次扫描方向延伸的直线变成对称的关系或变成基本上对称的关系，同时使得其通过偏振光束分裂器12结合以彼此重叠，上述两个激光束从两个激光二极管阵列发出并被结合。
偏振光束分裂器12是结合光学元件的光学路径，并且偏振光束分裂器12如图12所示形成。特别地，该偏振光束分裂器12由两个棱镜结合形成，并且每个棱镜的边界面成为该偏振光束分裂器表面。该偏振光束分裂器表面以相对于朝着次扫描方向延伸的直线呈45°偏振角的方向传送入射到偏振光束分裂器表面的入射光束，并且该偏振光束分裂器表面不传送具有垂直于透射光束偏振角的偏振角的入射光束。具有偏振依赖性的光学元件的偏振光束分裂器表面可以由镀有电介质材料的平面形成。偏振光束分裂器12可能由电介质立方光束分裂器形成。当两个激光束通过使用作为结合光学元件的光学路径的半镜而被结合时，可能使用镀有电介质材料的镜。
两个激光束的偏振角设置成使其朝着相对于朝次扫描方向延伸的直线相反的方向以相同角度倾斜的原因是，主扫描方向和次扫描方向上的光束直径在图像表面上相等，同时将被传送的光束的透射比基本上等于将被反射的光束的反射比。
因此，偏振光束分裂器表面传送相对于次扫描方向偏振方向为45°的几乎100％的激光束，并且偏振光束分裂器表面反射垂直于所传送激光束偏振方向的几乎100％的光束。当在入射激光束偏振方向和朝着次扫描方向延伸的直线之间形成的角度被设置为α时，COS(α-45°)的部分分别被反射和被传送。该α未必总是45°，并且该α依赖于激光二极管阵列安装角度的差值略微偏离45°。
例如，由于在激光束(该激光束的光束范围通过图13中的实线示出)的偏振方向和通过偏振光束分裂器12传送的激光束的偏振方向之间形成的角度是(α-45°)，所以COS(α-45°)的部分在入射光束中传送，并且入射光束的剩余部件被反射。
在图13中，由于在激光束(该激光束的光束范围通过虚线示出)的偏振方向和通过偏振光束分裂器12反射的激光束的偏振方向之间形成的角度是(α-45°)，所以COS(α-45°)的部分在入射光束中反射，并且入射光束的剩余部件被传送。
由于该光束从偏振光束分裂器12发出，同时偏振方向相对于次扫描方向大约45°倾斜，所以即使该发出的光束在通过光学偏转装置5偏转之后通过传送光学系统传送，该光束也具有依赖于透射比的小角度。这是因为P波和S波中的透射比角度依赖性的曲线在图14中示出，并且透射比的角度依赖性基本上成为这些曲线的平均值，以便偏振角倾斜45°以扼制透射比中的波动的光束。
该光束相对于上述描述的次扫描方向具有对称关系，并且期望该光束相对于主扫描方向具有对称关系，以便获得良好的光束强度分配。
在光学偏转装置5中，通过相对于次扫描方向在光束之间形成的对称关系，在互相邻近的光束中偏振方向彼此不同。
孔径10按下述形成如1和15所示，孔径10的开口10a在长孔中形成，长开口10a的拱点线方向形成得比激光束的区域长，同时从光源安置到激光束的偏振方向(短轴)。特别地，当该区域对于激光束的峰值强度由1/e2定义时，形成开口10a的拱点线方向同时变宽到该区域之外。这是因为发出激光束的形状通过接受在激光束次方向漏泄出该区域的激光束而形成，同时在激光束的拱点线方向的两个端部均在对于激光束的峰值强度由1/e2定义的区域中进行切割。在对于激光束的峰值强度由1/e2定义的椭圆形区域的拱点线方向中，该激光束形成同时收窄到开口10a的内部。
孔径10的开口10a形成为六边形。开口10a在短轴方向上的两边均彼此平行安置，同时作为激光束短轴方向的宽度具有基本上相同的尺寸。开口10a的拱点线方向形成为三角形。当该三角形的形状或尺寸变化时，图像表面光束强度以小幅度变化。因此，通过精细地校准该三角形的形状或尺寸来发现图像表面光束强度变为良好状态的点。激光束强度对于截面强度分布中的峰值强度变为1/e2的点通过虚线表示。对于峰值强度由1/e2定义的区域具有相对于次扫描方向倾斜的椭圆形。该偏振方向设置为虚线的箭头方向，即椭圆形的短轴方向。
当该强度分布是高斯分布时，当孔径的开口直径与成像关系(目标点、图像表面、透镜焦点、透镜位置和孔径位置)相等时，众所周知在图像表面的光束直径减少了，而入射到孔径的高斯分布的1/e2直径增加了。在实施例中，当该开口的形状相对于穿过光轴朝着次扫描方向延伸的直线是对称的时，图像表面上对应于倾斜的椭圆形拱点线方向朝着预定方向的光束直径相对于图像表面上对应于短轴方向的光束直径变小了。为了提高图像表面的对称，必须朝着预定方向减少图像表面上对应于在孔径表面上倾斜的椭圆形的短轴方向的光束直径。
另一方面，当入射到孔径的强度分布与成像关系是常数时，还可知在图像表面的光束直径减少了，而孔径的开口直径增加。
孔径的开口朝着椭圆形激光束的短轴方向变宽到对于峰值强度由1/e2定义的区域之外，并且该光束直径朝着对应于椭圆形短轴方向的方向减少了。因此，由孔径表面强度分布不对称所引起的强度分布不对称可以在图像表面被消除。
基于这种想法，在测定图像表面光束强度分配变为良好状态的点的过程期间，已证实在主扫描方向和次扫描方向上的对称通过孔径开口的形成而得到提高，同时该开口朝着椭圆形激光束的短轴方向变宽到对于峰值强度由1/e2定义的区域之外。其结果是如图1和15所示的形状。
然后，对于具有以上所述结构的孔径10的开口10a的形状检查图像表面光束强度分配。
为了与孔径10的开口10a的图像表面光束强度分配相比较，还检查传统孔径的开口形状的图像表面光束强度分配。图16和17示出了传统孔径的开口形状的图像表面光束强度分配的实例。在这种情况下，如图16所示，传统孔径的开口形成得比所引用文献1中描述的相关技术领域的开口(该开口在两个光束彼此重叠的部分直至极限时形成)要大，并检查图像表面光束强度分配。于是，获得了如图17所示的结果。在激光束的展开角度中，设定θ⊥＝20°和θ″＝10°。该开口在朝着θ″的方向上具有1/e2直径的圆周中形成。在这点上由于渐晕，光学效率变为29％，并且强度分布如图17中图像表面所示的那样倾斜。图17示出了具有等高线的图像表面的强度分布。水平轴表示主扫描方向位置，并且垂直轴表示次扫描方向位置。
相反地，图18示出了根据实施例孔径10的开口10a的图像表面光束强度分配。在这种情况下，透射比变为34％。根据实施例的孔径10的透射比比传统的孔径的透射比大。进一步，根据实施例的孔径10优于图像表面上在强度分布的主扫描方向和次扫描方向上对称的传统孔径。从偏振光束分裂器发出的激光束的偏振方向相对于次扫描方向45°倾斜，即该激光束具有在P波和S波之间的中间透射比，以便能够减少由于透射比的角度依赖性在柱偏转光学系统中产生的光量的不均衡。当强度分布的主扫描方向和次扫描方向上的不对称在图像表面变强时，在潜影形成期间写下直线时，依赖于方向和图像质量的降低，有时该线的深度以及该线的凹陷和突起是不同的。然而，这可以通过提高强度分布中扫描方向和次扫描方向上的对称来消除。在图1和15所示孔径的情况下，均获得图18所示相同的结果。
在激光束通过偏振光束分裂器12结合之前，将具有上述配置的孔径10提供到偏振光束分裂器12的光源3侧，以使激光束变窄。也可以在激光束通过偏振光束分裂器12结合之后，使该激光束变窄。在这种情况下，孔径10如图19所示形成。孔径10的开口10b的形状在结合了图1和15所示的开口10a的形状中形成。
如图19所示，为了增加透射比，孔径的内孔比对于激光束峰值强度由1/e2定义的区域要大。在这种情况下，如图20所示，图像表面上相对于主扫描方向和次扫描方向的光束强度分配变得不对称。然而，通过渐晕，透射比效率增加到41％。
当普通半镜用于结合光束时，所发出光束的光量变得比入射光束光量的一半少。当光束的偏振方向彼此不同时，通过利用透射比和反射比主要取决于偏振方向的元件，所发出光束的光量可以变得比入射光束光量的一半多。当偏振方向彼此相差90°时，效率可以最大化。
不使用昂贵的波片，或在激光束结合之后仅仅使用一个四分之一波片，以便实现成本降低。
在光学多束扫描装置1中，提供孔径10同时激光束的偏振方向被布置成使得其相对于朝着次扫描方向延伸的直线具有对称关系或基本上具有对称关系。然而，有可能不提供孔径10。当潜像由激光束形成(该激光束相对于次扫描方向对称)但不提供孔径10时，相对于次扫描方向对称的激光束在主扫描方向划一条具有相同状态的线。也即，即使该激光束相对于次扫描方向对称并倾斜，在激光束相对于次扫描方向对称时，两激光束均在主扫描方向上划出具有相同状态的线并且诸如光量不均匀之类的问题均不产生。尽管难以划出细线，但是可以形成其中不发生光量不均匀的潜像。于是，不使用四分之一波片和孔径10，以便实现成本降低。
在激光束通过偏振光束分裂器12结合之后，当激光束是圆周偏振时，在激光束通过偏振光束分裂器12结合之后，有时在光学路径中提供四分之一波片。
第二实施例然后，将描述本发明的第二实施例。在第二实施例中将描述在其中使用双束光学扫描装置的单滚筒型单色打印机(单色成像设备)。
图21示出了在其中使用根据本发明第二实施例的双束光学扫描装置的单滚筒型单色打印机(单色成像设备)。
如图21所示，成像设备200具有采用公知激光束打印机方法的成像单元250。
成像单元250布置在激光束L1和L2通过光束扫描装置201的反射镜233输出的位置，所述光束扫描装置201稍后将参照图22和23描述。
成像单元250以圆柱形滚筒形状形成，同时可以朝着预定方向旋转，并具有在其上对应于每个图像形成静电潜像的光电导体滚筒258。带电装置260、显影装置262、转印装置264、清洁器266和电荷除去装置268按照沿着光电导体滚筒258旋转方向的顺序布置在光电导体滚筒258周围。带电装置260向光电导体滚筒258的表面提供预定的电位。显影装置262通过提供对应于在光电导体滚筒258表面上形成的静电潜像的彩色色粉进行显影。转印装置264通过传送带52与光电导体滚筒258相对，并且该转印装置264将光电导体滚筒258上的色粉图像转印到传送带252或记录介质，该记录介质也即通过传送带252传送的记录纸P。在色粉图像通过转印装置264转印之后，清洁器266除去残留在光电导体滚筒258上的色粉。在色粉图像通过转印装置264转印之后，电荷除去装置268除去残留在光电导体滚筒258上的电位。
由光束扫描装置201的镜233引导的激光束L1和L2入射在带电装置260和显影装置262之间。
纸盒270布置在光电导体滚筒258下面。记录介质(即记录纸P)保存在纸盒270中，其中由成像单元50形成的图像转印到该记录介质上。
基本上为半月形的送纸辊272布置在纸盒270靠近张力辊254侧的一端。送纸辊272从许多记录纸P的上面一个接一个地取出保存在纸盒270中的记录纸P。定位辊276布置在送纸辊272和光电导体滚筒258之间。定位辊274将一张从纸盒270中取出的记录纸P的前端对齐，并且在光电导体滚筒258上形成色粉图像的前端。
固定装置284沿记录纸P传送的方向布置。在光电导体滚筒258中形成的图像通过转印装置264转印到记录纸P。在固定装置284中，传送到记录纸P的色粉图像被固定在记录纸P上。
图22和23示出了用于图21所示成像设备的双束光学扫描设备。
如图22和23所示，光束扫描装置201具有仅仅一个具有偏转机构的光学偏转装置205。该光学偏转装置205将从第一和第二发光元件203a和203b发出的两个(Ni＝2)激光束作为光源朝着预定位置偏转到图像表面上，上述图像表面以预定线速度布置在预定位置。以下通过光学偏转装置205偏转的激光束的方向将示为主扫描方向。
仅一个成像透镜230布置在光学偏转装置205和图像表面之间。该成像透镜230给通过光学偏转装置205的反射面朝着预定方向偏转的第一和第二激光束赋予预定的光学特性。防尘玻璃239布置在该成像透镜230和该图像表面之间。
接下来，将详细描述在光源和光学偏转装置205的激光元件之间的预偏转光学系统。
光扫描装置201具有包括满足Ni＝2的两个激光元件的M组光源203(M为正整数，并且在这种情况下M是1)。
形成预偏转光学系统的对准透镜209a、孔径210a、偏振光束分裂器212和混合柱面透镜211布置在光源203的第一激光203a和光学偏转装置205之间。第二激光203b、对准透镜209b和孔径210b布置在下述表面的相反表面，该表面为来自第一激光203a的激光束L1在偏振光束分裂器212的偏振光束分裂器表面入射的表面。用于预偏转光学系统的每个光学元件的光学特性、形状、材料等等基本上与第一实施例一样，不再重复详述。
在具有上述配置的单色打印机中，同第一实施例的光源3一样，光源203布置成使两个激光束的偏振方向相对于朝着次扫描方向延伸的直线具有对称关系或具有基本上对称的关系，同时该两个激光束通过偏振光束分裂器212结合以彼此重叠。
类似地，孔径210的开口形成为长孔形状。该长开口的拱点线方向对准从光源发出的激光束的偏振方向(短轴方向)，并且形成长开口的拱点线方向形成并同时宽出于激光束区域之外。特别地，当该区域通过对于激光束的峰值强度由1/e2定义时，形成该开口并同时宽出于对于激光束的峰值强度由1/e2定义的区域之外。
在这种情况下，可以获得与第一实施例相同的作用和效果。
权利要求
1.一种光学多束扫描装置，包括发射偏振光束的光源，在该偏振光束内形成一个椭圆形的区域，对于横截面强度分布的峰值强度来说该区域具有不低于1/e2的强度；以及用于使从光源发出的光束变窄的孔径机构，其中，形成孔径机构的开口，以便沿着被定义为具有强度不低于峰值强度的1/e2的区域的椭圆形的短轴方向延伸到外部，并且形成孔径机构的开口，以便沿着椭圆形的拱点线方向向内部变窄。
2.如权利要求1所述的光学多束扫描装置，其中，提供多个光源并且包括有结合了光学元件的光学路径，所述光学元件具有偏振光束分裂器表面，所述表面用于结合被自由孔径机构变窄的光源的光束。
3.如权利要求2所述的光学多束扫描装置，在光束由结合了光学元件的光学路径进行结合之后，在该光学路径内进一步包括四分之一波片。
全文摘要
减少了由透射比的角度依赖所引起的光量不均匀，并且光束被成形。因此，提供光源(3)和孔径(10)，所述光源(3)发射具有长形的偏振光束，所述孔径(10)使从光源(3)发出的光束变窄。孔径(10)的开口(10a)形成为长孔形。孔径(10)的开口(10a)的拱点线方向设定到从光源(3)发出的光束的短轴方向，并且该孔径(10)的开口(10a)的拱点线方向形成为以使得其延伸到对于激光束的峰值强度来说由1/e
文档编号H04N1/036GK1673801SQ200510007808
公开日2005年9月28日 申请日期2005年2月2日 优先权日2004年2月3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