Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к оптическому сканирующему устройству и к устройству формирования изображения с его использованием. В этом виде настоящее изобретение предназначено, например, для различных устройств, таких как лазерный принтер, цифровая копировальная машина, многофункциональный принтер и т.п., в которых при использовании электрофотографического процесса один световой пучок или большое количество световых пучков, оптически модулированных и испускаемых источником света, отклоняются при отражении многогранным зеркалом (отклоняющим средством) и с помощью сканирующей оптической системы осуществляется оптическое сканирование поверхности, подлежащей сканированию, в результате чего на ней записывается графическая информация.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к оптическому сканирующему устройству и к устройству формирования изображения с его использованием, в которых световой пучок проецируется наклонно (при наклонном падении) на плоскость, перпендикулярную к оси вращения отклоняющего средства, и в которых искривление линий сканирования, формирующееся на поверхности сканирования в результате наклонного падения, исправляется, так что всегда могут быть получены хорошие изображения. Кроме того, настоящее изобретение предназначено дляустройств формирования цветного изображения, имеющих одно или несколько оптических сканирующих устройств и большое количество несущих изображения элементов, соответствующих цветам.
Обычно в оптических сканирующих устройствах, используемых, например, в лазерных принтерах, световой пучок, оптически модулированный в соответствии с сигналом изображения и излученный источником света, периодически модулируется оптическим отклоняющим устройством, содержащим, например, многогранное зеркало. Затем с помощью сканирующей оптической системы, имеющей f-θ -характеристику, световой пучок фокусируется для создания пятна на поверхности фоточувствительной регистрирующей среды (фоточувствительного барабана) и для оптического сканирования этой поверхности, посредством чего осуществляется запись изображения.
На фиг.20 представлен схематичный вид основной части известного оптического сканирующего устройства.
Как видно на фигуре, расходящийся световой пучок, вышедший из источника 91 света, преобразуется коллиматорной линзой 92 в почти параллельный световой пучок. Затем световой пучок ограничивается диафрагмой 93 и после этого входит в цилиндрическую линзу 94, имеющую заданную преломляющую способность только в направлении дополнительного сканирования. Что касается почти параллельного светового пучка, падающего на цилиндрическую линзу 94, то световой пучок выходит из нее в пределах плоскости сечения основного сканирования. С другой стороны, в пределах плоскости дополнительного сканирования световой пучок собирается так, что он формирует изображение, например почти линейное изображение, на отклоняющей поверхности (отражающей поверхности) 95а отклоняющего средства (дефлектора света) 95, который содержит многогранное зеркало.
Световой пучок, отклоненный посредством отклоняющей поверхности 95а отклоняющего средства 95, направляется на поверхность 98 фоточувствительного барабана, которая представляет собой поверхность сканирования, посредством сканирующей оптической системы 96, имеющей f-θ -характеристику. При вращении отклоняющего средства 95 в направлении стрелки А поверхность 98 фоточувствительного барабана оптически сканируется в направлении стрелки В, в результате чего на ней записывается графическая информация.
В оптическом сканирующем устройстве, например в описанном выше, для получения высокоточной записи графической информации необходимо, чтобы кривизна поля на протяжении всей поверхности сканирования была хорошо исправлена, чтобы характеристика дисторсии (f-θ -характеристика) отражала пропорциональность между углом отображения (углом сканирования), и высотой изображения (расстоянием от центра сканирования) Y и чтобы диаметр пятна на соответствующих высотах в плоскости изображения (на поверхности сканирования) был одинаковым. Относительно оптических сканирующих устройств или сканирующих оптических систем было получено много решений с целью обеспечения таких характеристик.
С другой стороны, в случае, когда при использовании одного оптического отклоняющего устройства сканируется большое количество световых пучков, для разделения световых пучков в направлении дополнительного сканирования, необходимого для удовлетворения требования направления световых пучков после сканирования на соответствующие фоточувствительные элементы, соответствующие различным цветам, необходимо, чтобы падающие световые пучки проецировались с наклоном (с наклонным падением) на плоскость, перпендикулярную оси вращения отклоняющего средства. Если световой пучок падает наклонно на отклоняющее средство, он обуславливает возникновение явления, называемое “искривлением линий сканирования”, при котором линия сканирования на поверхности сканирования становится искривленной.
В частности, в случае устройств формирования цветных изображений, в которых лазерный луч проецируется с оптических сканирующих устройств на четыре фоточувствительных элемента (фоточувствительных барабана) для формирования на них скрытых изображений для того, чтобы тем самым образовать изображения из основных цветов, Y (желтого), М (пурпурного), С (светло-голубого и Bk (черного) соответственно, на соответствующих фоточувствительных элементах изображения, состоящие из четырех цветов Y, M, C и Bk, образованные на соответствующих фоточувствительных элементах, должны быть наложены с совпадением на переводной материал, например на лист бумаги. Поэтому, если в оптических сканирующих устройствах, соответствующих этим фоточувствительным элементам, происходит искривление линий сканирования, то это проявляется в погрешности формы линий сканирования, относящихся к четырем цветам, что вызывает смещение цветов на изображении, полученном на переводном материале. Следовательно, качество изображения существенно ухудшается.
В попытке решить проблему искривления линий сканирования было предложено несколько оптических сканирующих устройств.
В выложенной заявке №7-191272 на патент Японии показано оптическое сканирующее устройство, в котором световой пучок проецируется наклонно на плоскость, перпендикулярную к оси вращения отклоняющего средства. В этом примере один из сканирующих оптических элементов, образующих сканирующую оптическую систему, содержит анаморфотную линзу, имеющую асферическую форму в плоскости сечения основного сканирования, а радиус кривизны в плоскости сечения дополнительного сканирования задан независимо от плоскости сечения основного сканирования. Кроме того, оптическая ось расположена с эксцентриситетом в направлении дополнительного сканирования по отношению к отклоняющей поверхности отклоняющего средства, посредством чего получено исправление искривления линий сканирования.
В выложенной заявке №9-184991 на патент Японии показан пример, в котором плоскопараллельная пластина, использованная в качестве стеклянной пластины, защищающей от пыли, установлена наклонно, посредством чего исправлено искривление линий сканирования.
В основу этих способов, относящихся к исправлению искривления линий сканирования, положено эксцентрическое расположение оптического элемента, например смещение сканирующего оптического элемента (оптического элемента, создающего изображение), такого, как анаморфотная линза, включенного в сканирующую оптическую систему, в направлении дополнительного сканирования; или наклон такого оптического элемента, как стеклянная пластинка, защищающего от пыли, на который не возлагается функция формирования изображения.
Однако, если такой оптический элемент расположен эксцентрически на световом пути, то, хотя искривление линий сканирования может быть исправлено, но другие оптические характеристики могут измениться. Кроме того, величина эксцентриситета оптического элемента влияет на исправление искривления линий сканирования только применительно к конкретному световому пучку. В случае для большого количества световых пучков трудно одновременно исправить искривление линий сканирования. Поэтому необходимо использовать один оптический элемент для каждого одного светового пучка. В случае использования большого количества световых пучков необходимо использовать большое количество оптических элементов, соответствующих этим световым пучкам. Что приводит к увеличению числа составных элементов.
В выложенной заявке №9-90254 на патент Японии показан пример, в котором сагиттальная линия цилиндрической линзы следует по нецилиндрической поверхности, так что волновой фронт светового пучка, проходящего через цилиндрическую линзу, задерживается на периферии в направлении дополнительного сканирования по отношению к стандартной сферической поверхности.
В основу этого примера положена структура, выполненная с возможностью предотвращения ухудшения качества чернового изображения в случае, когда в направлении дополнительного сканирования диаметр пучка небольшой, возникающего из-за того, что сужение светового пучка находится на расстоянии от гауссовой плоскости изображения, а изменение диаметра пучка вследствие нарушения фокусировки становится большим. Указанное решение не является структурой, предназначенной для решения проблемы искривления линий сканирования.
В выложенных заявках №2002-148542 и №2002-162587 на патенты Японии рассмотрен пример, в котором в случае, когда большое количество световых пучков сканируется при использовании одного отклоняющего устройства, световые пучки оказываются различными по высоте применительно к направлению дополнительного сканирования, и после того, как световые пучки проецируются на плоскость, перпендикулярную к оси вращения оптического отклоняющего устройства, они оказываются отделенными друг от друга.
Однако использование отделения, основанного на различии световых пучков по высоте, приводит к увеличению высоты (толщины) оптического отклоняющего устройства или к необходимости изготовления различных линз, соответствующих световым пучкам. В этом случае структура становится очень сложной.
Краткое описание изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении оптического сканирующего устройства и устройства формирования изображения с его использованием, в которых световой пучок проецируется наклонно (при наклонном падении) на плоскость, перпендикулярную к оси вращения отклоняющего устройства, или в котором сканирующая оптическая система расположена с эксцентриситетом по отношению к направлению дополнительного сканирования, и на основе этого любое возникающее искривление линий сканирования может быть существенно уменьшено.
Другая задача настоящего изобретения заключается в обеспечении оптического сканирующего устройства с простой структурой и устройства формирования изображения с его использованием, посредством которых искривление линий сканирования может устойчиво поддерживаться весьма небольшим, без ограничения, обусловленного размещением оптического элемента, такого как изогнутое зеркало.
Дальнейшая задача настоящего изобретения заключается в обеспечении устройства формирования цветного изображения, которое содержит одно или несколько оптических сканирующих устройств, выполненных с возможностью стабильного поддержания очень небольшим искривления линий сканирования для того, чтобы гарантировать, что высококачественное изображение будет получаться постоянно без смещения цветов.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения для решения по меньшей мере одной из задач, рассмотренных выше, разработано оптическое сканирующее устройство, содержащее: источник света; отклоняющее устройство для отклонения светового пучка, вышедшего из указанного источника света; сканирующую оптическую систему для сканирования поверхности, подлежащей сканированию, световым пучком, отклоненным указанным отклоняющим устройством, в котором указанная сканирующая оптическая система включает в себя сканирующий оптический элемент, расположенный так, что применительно к направлению дополнительного сканирования главный луч отклоненного светового пучка проходит участок помимо оптической оси, в котором указанный сканирующий оптический элемент имеет поверхность с изменяющейся степенью сагиттальной асферичности, в пределах которой степень асферичности сагиттальной поверхности изменяется вдоль направления основного сканирования указанного сканирующего оптического элемента, и в котором на протяжении всей поверхности, подлежащей сканированию, место в направлении дополнительного сканирования, на которое падает отклоненный световой пучок, выполнено ровным.
В одной предпочтительной форме этого аспекта настоящего изобретения сканирующая оптическая система выполнена так, что в пределах диапазона эффективного сканирования на поверхности, подлежащей сканированию, величина сдвига места в направлении дополнительного сканирования, на которое падает отклоненный световой пучок, сохраняется на уровне не больше чем 10 мкм.
Световой пучок, испускаемый из указанного источника света, может падать на плоскость, перпендикулярную к оси вращения указанного отклоняющего устройства, под предварительно определенным заданным углом к ней.
В направлении дополнительного сканирования место на поверхности, подлежащей сканированию, на которое падает главный луч отклоненного светового пучка, может быть расположено ближе к оптической оси указанной сканирующей оптической системы по сравнению с местом, где главный луч проходит через поверхность указанного сканирующего оптического элемента, и эта поверхность имеет наибольшую оптическую силу.
Сканирующая оптическая система может иметь одну или несколько поверхностей с изменяющимся сагиттальным радиусом кривизны, в пределах которых сагиттальный радиус кривизны изменяется вдоль направления основного сканирования указанной сканирующей оптической системы.
Сканирующая оптическая система может состоять из одного сканирующего оптического элемента.
Сканирующая оптическая система может иметь оптическую силу в направлении дополнительного сканирования, которая равна или почти равна оптической силе указанной поверхности с изменяющейся степенью сагиттальной асферичности.
В случае когда оптическая сила указанной сканирующей оптической системы в направлении дополнительного сканирования равна ⊘ so, а оптическая сила указанной поверхности с изменяющейся степенью сагиттальной асферичности в направлении дополнительного сканирования равна ⊘ si, может выполняться соотношение 
Источник света может излучать два или более световых пучков, и в пределах плоскости сечения дополнительного сканирования главный луч, по меньшей мере, одного светового пучка может проходить по верхней стороне относительно оптической оси указанной сканирующей оптической системы, тогда как главный луч, по меньшей мере, одного другого светового пучка может проходить по нижней стороне относительно оптической оси указанной сканирующей оптической системы.
Отклоняющее устройство может отклонять большое количество световых пучков, при этом указанная сканирующая оптическая система может включать в себя большое количество сканирующих оптических элементов для формирования изображений световых пучков, отклоненных указанным отклоняющим устройством, на большом количестве поверхностей, подлежащих сканированию, и эти поверхности соответствуют световым пучкам, а указанное отклоняющее устройство может использоваться большим количеством сканирующих оптических систем.
В случае когда в пределах плоскости сечения основного сканирования пересчитанное к воздуху расстояние от указанного отклоняющего устройства до выходной поверхности для света указанного сканирующего оптического элемента вдоль оптической оси равно Р1, расстояние от выходной поверхности для света указанного сканирующего оптического элемента до поверхности, подлежащей сканированию, равно Р2, пересчитанное к воздуху расстояние от указанного отклоняющего устройства, находящегося вне оси, до выходной поверхности для света указанного сканирующего оптического элемента равно М1, а расстояние от выходной поверхности для света указанного сканирующего оптического элемента до поверхности, подлежащей сканированию, равно М2, может выполняться следующее соотношение:
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения разработано устройство формирования изображения, содержащее: оптическое сканирующее устройство, описанное применительно к первому аспекту; фоточувствительный элемент, расположенный на месте поверхности, подлежащей сканированию, упомянутой выше; проявочное устройство для проявления электростатического скрытого изображения, сформированного на указанном фоточувствительном элементе световым пучком, просканированным указанным оптическим сканирующим устройством, для получения тонирующего изображения; устройство переноса для переноса проявленного тонирующего изображения на переводной материал; закрепляющее устройство для закрепления перенесенного тонирующего изображения на переводном материале.
В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения разработано устройство формирования изображения, содержащее: оптическое сканирующее устройство, описанное применительно к первому аспекту; контроллер принтера для преобразования кодированных данных, вводимых из внешнего оборудования в сигнал изображения и для подачи сигнала изображения на указанное оптическое сканирующее устройство.
В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения разработано устройство формирования цветного изображения, содержащее: по меньшей мере, одно оптическое сканирующее устройство, описанное применительно к первому аспекту; большое количество несущих изображения элементов, на которых должны быть сформированы изображения различных цветов.
В одной предпочтительной форме этого аспекта устройство дополнительно содержит контроллер принтера для преобразования сигнала цветности, вводимого из внешнего оборудования, в видеоданные различных цветов и для подачи видеоданных на соответствующие оптические сканирующие устройства.
В соответствии с пятым аспектом настоящего изобретения разработано оптическое сканирующее устройство, содержащее: источник света; отклоняющее устройство для отклонения светового пучка, вышедшего из указанного источника света; сканирующую оптическую систему для сканирования поверхности, подлежащей сканированию, световым пучком, отклоненным указанным отклоняющим устройством, в котором указанная сканирующая оптическая система включает в себя сканирующий оптический элемент, выполненный так, что на поверхности, подлежащей сканированию, и применительно к направлению дополнительного сканирования места создания изображений двух световых пучков, наклонно падающих на плоскость, перпендикулярную к оси вращения указанного отклоняющего устройства, под предварительно определенными углами γ и γ ' 
наклонного падения соответственно, почти совпадают друг с другом.
В одной предпочтительной форме этого аспекта изобретения сканирующий оптический элемент имеет оптическое свойство, с помощью которого в пределах диапазона эффективного сканирования на поверхности, подлежащей сканированию, величина сдвига места в направлении дополнительного сканирования, на которое падают два световых пучка, может быть сохранена на уровне не больше чем 10 мкм.
Сканирующий оптический элемент может быть выполнен так, что в случае, когда фокусное расстояние указанной сканирующей оптической системы в направлении дополнительного сканирования равно fs, сферическая аберрация в направлении дополнительного сканирования будет не больше 0,05fs на протяжении всей области, где угол наклонного падения светового пучка не больше γ .
Сканирующий оптический элемент может быть расположен так, что применительно к направлению дополнительного сканирования главный луч светового пучка, отклоненный указанным отклоняющим устройством, будет проходить участок помимо оптической оси, и указанный сканирующий оптический элемент может иметь поверхность с изменяющейся степенью сагиттальной асферичности, в пределах которой степень асферичности сагиттальной поверхности изменяется вдоль направления основного сканирования указанного сканирующего оптического элемента.
Сканирующий оптический элемент может быть расположен так, что применительно к направлению дополнительного сканирования главный луч светового пучка, отклоненный при отражении указанным отклоняющим устройством, будет проходить участок помимо оптической оси, и сканирующий оптический элемент может иметь дифракционный участок, обладающий свойством асферической поверхности в направлении дополнительного сканирования.
Сканирующий оптический элемент может иметь одну или несколько поверхностей с изменяющимся сагиттальным радиусом кривизны, в пределах которых сагиттальный радиус кривизны изменяется вдоль направления основного сканирования указанного сканирующего оптического элемента.
Сканирующая оптическая система может состоять из одного сканирующего оптического элемента.
Сканирующая оптическая система может иметь преломляющую способность в направлении дополнительного сканирования, которая равна или почти равна преломляющей способности указанной поверхности с изменяющейся степенью сагиттальной асферичности.
В случае когда оптическая сила указанной сканирующей оптической системы в направлении дополнительного сканирования равна ⊘ so, а оптическая сила указанной поверхности с изменяющейся степенью сагиттальной асферичности в направлении дополнительного сканирования равна ⊘ si, может выполняться соотношение 
Сканирующий оптический элемент может быть расположен так, что в направлении дополнительного сканирования главный луч светового пучка, отклоненного при отражении указанным отклоняющим устройством, будет проходить участок помимо оптической оси, и в котором с помощью искривления большого количества поверхностей указанного сканирующего оптического элемента сферическая аберрация в направлении дополнительного сканирования может быть исправлена на протяжении всей области, где угол наклонного падения не больше чем γ .
Источник света может излучать два или более световых пучков, и в пределах плоскости сечения дополнительного сканирования главный луч, по меньшей мере, одного светового пучка может проходить по верхней стороне относительно оптической оси указанного сканирующего оптического элемента, тогда как главный луч другого светового пучка может проходить по нижней стороне относительно оптической оси указанного сканирующего оптического элемента.
Отклоняющее устройство может отклонять большое количество световых пучков, при этом указанная сканирующая оптическая система может включать в себя большое количество сканирующих оптических элементов для формирования изображений световых пучков, отклоненных указанным отклоняющим устройством, на большом количестве поверхностей, подлежащих сканированию, и эти поверхности соответствуют световым пучкам, а указанное отклоняющее устройство может быть использовано большим количеством сканирующих оптических систем.
Для угла γ наклонного падения может выполняться соотношение 0° <γ <10° .
В случае когда в пределах плоскости сечения основного сканирования пересчитанное к воздуху расстояние от указанного отклоняющего устройства до выходной поверхности для света указанного сканирующего оптического элемента вдоль оптической оси равно Р1, расстояние от выходной поверхности для света указанного сканирующего оптического элемента до поверхности, подлежащей сканированию, равно Р2, пересчитанное к воздуху расстояние от указанного отклоняющего устройства, находящегося вне оси, до выходной поверхности для света указанного сканирующего оптического элемента равно М1, а расстояние от выходной поверхности для света указанного сканирующего оптического элемента до поверхности, подлежащей сканированию, равно М2, может выполняться следующее соотношение:
В соответствии с шестым аспектом настоящего изобретения разработано устройство формирования изображения, содержащее: оптическое сканирующее устройство, описанное применительно к пятому аспекту; фоточувствительный элемент, расположенный на месте поверхности, подлежащей сканированию, упомянутой выше; проявочное устройство для проявления электростатического скрытого изображения, образованного на указанном фоточувствительном элементе световым пучком, просканированным указанным оптическим сканирующим устройством, для получения тонирующего изображения; устройство переноса, предназначенное для переноса проявленного тонирующего изображения на переводной материал; закрепляющее устройство для закрепления перенесенного тонирующего изображения на переводном материале.
В соответствии с седьмым аспектом настоящего изобретения разработано устройство формирования изображения, содержащее: оптическое сканирующее устройство, описанное применительно к пятому аспекту; контроллер принтера для преобразования кодированных данных, вводимых из внешнего оборудования в сигнал изображения и для подачи сигнала изображения на указанное оптическое сканирующее устройство.
В соответствии с восьмым аспектом настоящего изобретения разработано устройство формирования цветного изображения, содержащее: по меньшей мере, одно оптическое сканирующее устройство, описанное применительно к пятому аспекту; множество несущих изображения элементов, при этом каждый расположен на месте поверхности, подлежащей сканированию указанным оптическим сканирующим устройством, предназначенных для поддержания изображений различных цветов, подлежащих образованию на них.
В одной предпочтительной форме этого аспекта настоящего изобретения устройство дополнительно содержит контроллер принтера для преобразования сигнала цветности, вводимого из внешнего оборудования, в видеоданные различных цветов и для подачи видеоданных на соответствующие оптические сканирующие устройства.
В соответствии с девятым аспектом настоящего изобретения разработано оптическое сканирующее устройство, содержащее: источник света; отклоняющее устройство; оптическое сканирующее средство, в котором большое количество световых пучков из указанного источника света направляется на указанное отклоняющее устройство и множество световых пучков от указанного отклоняющего устройства направляется на соответствующие поверхности, подлежащие сканированию указанным оптическим сканирующим средством, и в котором указанное оптическое сканирующее средство включает в себя один сканирующий оптический элемент, имеющий анаморфическую поверхность, и при этом указанный сканирующий оптический элемент имеет в пределах плоскости сечения основного сканирования одну поверхность, которая представляет собой асферическую поверхность.
В одной предпочтительной форме этого аспекта настоящего изобретения в плоскости сечения дополнительного сканирования множество световых пучков падает наклонно на отклоняющую поверхность указанного отклоняющего устройства.
По меньшей мере, одна поверхность указанного сканирующего оптического элемента может характеризоваться свойством асферической поверхности применительно к направлению дополнительного сканирования.
Сканирующий оптический элемент может функционировать для направления множества световых пучков от указанного отклоняющего устройства на поверхности, подлежащие сканированию, соответственно.
Одна асферическая поверхность в плоскости сечения основного сканирования указанного сканирующего оптического элемента может быть поверхностью, расположенной на стороне входа для света.
Форма асферической поверхности одной асферической поверхности в плоскости сечения основного сканирования указанного сканирующего оптического элемента может не иметь точки перегиба при изменении кривизны.
Сканирующий оптический элемент может быть элементом, сформированным путем пластического формования.
Источник света может представлять собой многопучковый лазер.
В случае когда оптическая сила указанного сканирующего оптического элемента в направлении дополнительного сканирования равна ⊘ so, а оптическая сила выходной поверхности для света указанного сканирующего оптического элемента в направлении дополнительного сканирования равна ⊘ si, может выполняться соотношение 
В случае когда пересчитанное к воздуху расстояние от указанного отклоняющего устройства до выходной поверхности для света указанного сканирующего оптического элемента вдоль оптической оси равно Р1, расстояние от выходной поверхности для света указанного сканирующего оптического элемента до поверхности, подлежащей сканированию, равно Р2, пересчитанное к воздуху расстояние от указанного отклоняющего устройства, находящегося вне оси, до выходной поверхности для света указанного оптического элемента равно М1, а расстояние от выходной поверхности для света указанного сканирующего оптического элемента до поверхности, подлежащей сканированию, равно М2, может выполняться следующее соотношение:
В пределах плоскости сечения дополнительного сканирования входная поверхность для света указанного сканирующего оптического элемента может иметь плоскую форму.
В соответствии с десятым аспектом настоящего изобретения разработано устройство формирования изображения, содержащее: оптическое сканирующее устройство, описанное применительно к девятому аспекту; фоточувствительный элемент, расположенный на месте поверхности, подлежащей сканированию, упомянутой выше; проявочное устройство для проявления электростатического скрытого изображения, образованного на указанном фоточувствительном элементе световым пучком, просканированным указанным оптическим сканирующим устройством, для получения тонирующего изображения; устройство переноса, предназначенное для переноса проявленного тонирующего изображения на переводной материал; закрепляющее устройство для закрепления перенесенного тонирующего изображения на переводном материале.
В соответствии с одиннадцатым аспектом настоящего изобретения разработано устройство формирования изображения, содержащее: оптическое сканирующее устройство, описанное применительно к девятому аспекту; контроллер принтера для преобразования кодированных данных, вводимых из внешнего оборудования, в сигнал изображения и для подачи сигнала изображения на указанное оптическое сканирующее устройство.
В соответствии с двенадцатым аспектом настоящего изобретения разработано устройство формирования цветного изображения, содержащее: по меньшей мере, одно оптическое сканирующее устройство, описанное применительно к девятому аспекту, в котором это или каждое оптическое сканирующее устройство функционирует для записи графической информации применительно к соответствующему одному из фоточувствительных элементов, соответствующих различным цветам соответственно.
Эти и другие задачи, особенности и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными при рассмотрении нижеследующего описания предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, выполненного в сочетании с сопровождающими чертежами.
Краткое описание чертежей
На фиг.1А представлен вид в разрезе процесса основного сканирования согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.1В представлен вид в разрезе процесса дополнительного сканирования согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.2 представлен схематичный вид основной части вдоль направления дополнительного сканирования согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.3 представлена таблица степени сагиттальной асферичности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.4 представлена иллюстрация степени сагиттальной асферичности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.5 представлена иллюстрация степени сагиттальной асферичности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.6 представлен схематичный вид, предназначенный для пояснения в подробностях поверхности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.7 представлен схематичный вид, предназначенный для пояснения изменения степени сагиттальной асферичности поверхности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.8 представлен схематичный вид, предназначенный для пояснения изменения степени сагиттальной асферичности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.9А и 9В изображены графики, предназначенные для пояснения аберраций согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.10А и 10В изображены графики, предназначенные для пояснения соответственно освещенного места и искривления линий сканирования согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.11 представлен схематичный вид, предназначенный для пояснения формы меридиональной поверхности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.12А представлен схематичный вид основной части вдоль направления дополнительного сканирования согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.12В представлен схематичный вид основной части вдоль направления дополнительного сканирования согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.13 представлена иллюстрация степени сагиттальной асферичности согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.14 представлена иллюстрация степени сагиттальной асферичности согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.15 представлена иллюстрация степени сагиттальной асферичности согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.16А и 16В изображены графики, предназначенные для пояснения соответственно освещенного места и искривления линий сканирования согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.17А представлен вид в разрезе процесса основного сканирования согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.17В представлен вид в разрезе процесса дополнительного сканирования согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.18 представлен схематичный вид основной части устройства формирования изображения согласно настоящему изображению.
На фиг.19 представлен схематичный вид основной части устройства формирования цветного изображения согласно настоящему изобретению.
На фиг.20 представлено перспективное изображение традиционного оптического сканирующего устройства.
На фиг.21А и 21В изображены графики, предназначенные для пояснения сферической аберрации согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения по отношению к сравнительному примеру.
На фиг.22А и 22В изображены графики, предназначенные для пояснения аберраций согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Описание предпочтительных вариантов осуществления
Теперь со ссылками на сопровождающие чертежи будут описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения.
[Первый вариант осуществления изобретения]
На фиг.1А в направлении основного сканирования представлен вид в разрезе (сечение основного сканирования) основной части оптического сканирующего устройства согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг.1В представлен вид в разрезе (сечение дополнительного сканирования) основной части оптического сканирующего устройства в первом варианте осуществления.
В настоящем описании термин “направление основного сканирования” относится к направлению, перпендикулярному к оси вращения отклоняющего устройства и к оптической оси сканирующего оптического элемента (то есть к направлению, в котором световой пучок отклоняется при отражении (сканируется при отклонении) отклоняющим устройством. Термин “дополнительное сканирование” относится к направлению, параллельному оси вращения отклоняющего устройства. Термин “плоскость сечения основного сканирования” относится к плоскости, которая содержит оптическую ось сканирующей оптической системы. Термин “плоскость сечения дополнительного сканирования” относится к плоскости сечения, перпендикулярной к плоскости сечения основного сканирования.
На фиг.1А и 1В номером 1 обозначен полупроводниковый лазер, который использован в качестве источника излучения.
Один или несколько расходящихся лучей света полупроводникового лазера 1 преобразуются коллиматорной линзой 2 в параллельные световые пучки или в почти параллельные световые пучки, которые могут быть сходящимися пучками или расходящимися пучками. Вслед за этим диафрагма 3 ограничивает диаметр пучка до получения требуемого диаметра пятна. Номером 4 обозначена цилиндрическая линза, имеющая преломляющую способность только в направлении дополнительного сканирования. Ее назначение заключается в формировании изображения света, попадающего на отклоняющую поверхность 5а отклоняющего устройства 5 (описанного ниже), при этом линейное изображение вытянуто в направлении, параллельном плоскости сечения основного сканирования. Номером 5 обозначено указанное отклоняющее устройство, которое содержит многогранное зеркало (вращающееся многогранное зеркало), имеющее, например, четыре грани (оно может иметь больше четырех граней). Многогранное зеркало 5 вращается с постоянной скоростью в направлении стрелки А.
Номером 6 обозначена сканирующая оптическая система, которая состоит из единственного сканирующего оптического элемента (f-θ -линзы), имеющего f-θ -характеристику. Его функция заключается в формировании изображения светового пучка, отклоненного при отражении отклоняющим устройством 5, на поверхности фоточувствительного барабана (фоточувствительного элемента) 8, которая представляет собой сканируемую поверхность. Кроме того, она используется для внесения поправки на наклон отклоняющей поверхности 5а отклоняющего устройства 5. В дальнейшем сканирующая оптическая система 6 будет также называться сканирующим оптическим элементом. Точнее говоря, световой пучок, отклоненный при отражении отклоняющей поверхностью 5а отклоняющего устройства 5, направляется через сканирующую оптическую систему 6 на поверхность 8 фоточувствительного барабана. При вращении многогранного зеркала 5 в направлении стрелки А поверхность 8 фоточувствительного барабана оптически сканируется в направлении стрелки В. Таким образом на поверхности фоточувствительного барабана обозначаются линии сканирования, в результате чего осуществляется запись изображения.
Как показано на фиг.1В, в первом варианте осуществления световой пучок, вышедший из источника света 1, проецируется на отклоняющую поверхность 5а наклонно снизу под углом γ по отношению к направлению дополнительного сканирования, и свет падает на сканирующий оптический элемент 6, который представляет собой единый элемент, изготовленный из стекла или из синтетического полимера. Сканирующий оптический элемент 6 используется для формирования изображения отклоненного светового пучка в виде пятна на поверхности 8 сканирования.
Ниже в таблице 1 показано положение оптических поверхностей оптических элементов в первом варианте осуществления.
Ниже в таблице 2 указаны формы входной поверхности и выходной поверхности сканирующего оптического элемента 6 в первом варианте осуществления.
На фиг.2 представлено сечение дополнительного сканирования, на котором показан оптический путь для части элементов оптической системы оптического сканирующего устройства согласно первому варианту осуществления.
Как показано на фиг.1В и 2, в первом варианте осуществления световой пучок, вышедший из источника 1 света, проецируется на отклоняющую поверхность 5а наклонно снизу под углом γ по отношению к направлению дополнительного сканирования, и свет падает на сканирующий оптический элемент 6, который представляет собой единый элемент, изготовленный из стекла или из синтетического полимера. Сканирующий оптический элемент 6 имеет анаморфическую поверхность и используется для формирования изображения отклоненного светового пучка в виде пятна или по существу в виде пятна на поверхности 8 сканирования.
На фиг.6 показано выполнение сканирующего оптического элемента 6 согласно первому варианту осуществления.
Форма меридиональной линии входной поверхности 6а для света и выходной поверхности 6b для света сканирующего оптического элемента 6 определяется асферической формой поверхности, которая может быть выражена функцией вплоть до 10-го порядка. Например, как показано на фиг.6, предполагается, что точка пересечения сканирующего оптического элемента 6 и оптической оси La принимается за начало О1 отсчета, направление оптической оси используется в качестве оси X, ось, перпендикулярная к оптической оси La, в пределах плоскости (плоскости X-Y) сечения основного сканирования используется в качестве оси Y, а направление, перпендикулярное к плоскости X-Y, используется в качестве оси Z. В этом случае форма меридиональной линии Xa в меридиональном направлении, соответствующем направлению основного сканирования (направлению по оси Y), может быть выражена следующим уравнением:
где R – радиус кривизны меридиональной линии, а k, B4, B6, B8, B10, B12, B14 и B16 – коэффициенты асферичности.
Кроме того, форма сагиттальной линии S в сагиттальном направлении, соответствующем направлению дополнительного сканирования, может быть выражена следующим уравнением:
где S – форма сагиттальной линии, заданной в пределах плоскости, которая содержит нормаль к меридиональной линии для каждого положения Y в меридиональном направлении и которая перпендикулярна к плоскости сечения основного сканирования (к плоскости X-Y).
В данном случае радиус кривизны (сагиттальный радиус кривизны) Rs* в направлении сканирования в точке Y, отстоящей от оптической оси на расстоянии Y, и в направлении основного сканирования может быть выражен следующим уравнением:
Rs*=Rs× (1+D2× Y2+D4× Y4+D6× Y6+D8× Y8+D10× Y10),
где Rs – сагиттальный радиус кривизны на оптической оси La, а D2, D4, D6, D8 и D10 – сагиттальные показатели приращения. Существует поверхность, для которой нижеследующее значение X добавляется к уравнению (а), приведенному выше, в качестве асферической составляющей в сагиттальном направлении
X=(Cl+C2Y2+C3Y4)Z4.
Хотя в первом варианте осуществления форма поверхности определяется уравнениями, упомянутыми выше, настоящее изобретение не ограничено использованием вышеуказанных уравнений, и может использоваться любое другое уравнение, которым можно описать асферические составляющие в сагиттальном направлении.
Кроме того, в первом варианте осуществления каждая поверхность сканирующего оптического элемента 6 не создает сдвига или наклона в направлении дополнительного сканирования. Местоположение 5а1, из которого световой пучок, направляемый к концевой части поверхности 8 сканирования, отклоняется при отражении отклоняющей поверхностью 5а многогранного зеркала 5, находится на той же самой высоте, что и оптическая ось La сканирующего оптического элемента 6.
Как показано в таблице 2, входная поверхность 6а сканирующей оптической системы 6 представляет собой цилиндрическую поверхность, имеющую оптическую силу только в направлении основного сканирования, при этом форма меридиональной поверхности соответствует форме асферической поверхности (не дугообразной форме), тогда как форма сагиттальной поверхности соответствует плоскости (прямой линии). Выходная плоскость 6b сканирующей оптической системы 6 содержит поверхность с изменяющимся сагиттальным радиусом кривизны, при этом форма меридиональной линии является дугообразной, тогда как форма сагиттальной линии выражается так, что вдоль меридионального направления радиус кривизны непрерывно изменяется по мере удаления от оптической оси. Кроме того, выходная поверхность задается поверхностью с изменяющимся сагиттальным радиусом кривизны, при этом она имеет дугообразную форму на оптической оси, но имеет форму асферической поверхности (не дугообразную форму) на части, находящейся вне оптической оси, а вдоль меридионального направления степень асферичности изменяется по мере удаления от оптической оси.
Кроме того, что касается формы асферической поверхности сканирующего оптического элемента 6 в пределах плоскости сечения основного сканирования, то она определяется формой, не имеющей точки перегиба при изменении кривизны.
Далее схематичный вид оптического сканирующего устройства согласно первому варианту осуществления, приведенный на фиг.2, будет пояснен применительно к направлению дополнительного сканирования.
В первом варианте осуществления световой пучок Li, вышедший из источника 1 света, падает на отклоняющую поверхность 5а отклоняющего устройства 5 в направлении дополнительного сканирования под углом γ =3° по отношению к плоскости сечения основного сканирования. Кроме того, световой пучок Ld, отраженный отклоняющей поверхностью 5а, падает на сканирующий оптический элемент 6 в направлении дополнительного сканирования под углом γ =3° по отношению к плоскости сечения основного сканирования. По этой причине место, из которого приходит главный луч (штрихпунктирная линия) отклоненного светового пучка Ld и проходит входную поверхность 6а и выходную поверхность 6b, далеко отстоит от сагиттальной оптической оси (или меридиональной) La. Местоположения Za и Zb прохождения поверхностей линзы и расстояние Zлинзы от оптической оси La находятся над меридиональной линией (Zлинзы=0) и следовательно, это означает, что Zлинзы>>0.
В первом варианте осуществления расстояние Zлинзы от местоположения Za в направлении дополнительного сканирования, где отклоненный световой пучок Ld падает на входную поверхность 6а сканирующего оптического элемента 6, равно Zлинзы=2,73 мм, тогда как расстояние Zлинзы от места Zb, где свет достигает выходной поверхности 6b, равно Zлинзы=3,34 мм.
Отклоненный световой пучок Ld, прошедший через сканирующий оптический элемент 6, отображается в виде пятна на поверхности 8 сканирования благодаря светособирающему свойству сканирующего оптического элемента 6.
Как описывалось, когда главный луч отклоненного светового пучка Ld проходит местоположение, находящееся на расстоянии от меридиональной (или сагиттальной) оптической оси La, то световой пучок, прошедший через сканирующий оптический элемент 6, отклоняется вниз благодаря оптической силе (преломляющей способности) линзы.
В этом случае, если юстировка сканирующей оптической системы 6 не выполнена соответствующим образом, свет пересекает оптическую ось La до того, как он достигает поверхности 8 сканирования, так что на поверхность 8 сканирования он падает в местоположение, находящееся ниже плоскости сечения основного сканирования. Местоположение в направлении дополнительного сканирования, где отклоненный световой пучок Ld падает на поверхность 8 сканирования, будет называться “освещенным местом Zo”, тогда как расстояние от оптической оси La будет называться “Zизображения”.
Местоположение падения отклоненного светового пучка Ld в направлении дополнительного сканирования на входную поверхность 6а и выходную поверхность 6b сканирующей оптической системы 6, а также и ее оптическая сила (преломляющая способность) оказывают влияние на отклонение вниз отклоненного светового пучка Ld в зависимости от высоты изображения. Вследствие этого возникает проблема, заключающаяся в том, что расстояние Zизображения освещенного места Zo перестает быть одинаковым, в результате чего возникает эффект, называемый “искривлением линий сканирования”.
Для решения указанной проблемы в оптическом сканирующем устройстве согласно первому варианту осуществления выходная поверхность 6b сканирующего оптического элемента 6, который представляет собой единственный элемент, образующий сканирующую оптическую систему, снабжена поверхностью с изменяющейся степенью сагиттальной асферичности, задаваемой формой S сагиттальной линии в приведенном выше уравнении (b) и численными значениями на фиг.6. В данном описании термин “поверхность с изменяющейся степенью сагиттальной асферичности” относится к поверхности, у которой вдоль меридионального направления поверхности линзы степень Xz сагиттальной асферичности изменяется по мере удаления от оптической оси La поверхности линзы.
В этом описании термин “степень ΔXz сагиттальной асферичности” относится к степени Xz, указанной на фиг.6, благодаря которой в определенном месте Zлинзы (Zлинзы≠0 мм) в направлении дополнительного сканирования, исключая меридиональную линию (исключая сагиттальную оптическую ось), поверхность линзы отклоняется от базового сагиттального радиуса Rs* кривизны. Фраза “степень ΔXz сагиттальной асферичности изменяется” означает, что степень ΔXz сагиттальной асферичности в одном и том же месте Zлинзы (Zлинзы≠0 мм) в направлении дополнительного сканирования изменяется в зависимости от местоположения по оси Y в меридиональном направлении. То есть это означает состояние dΔXz/dY.
На фиг.3 показано, каким образом изменяется степень Δ Xz сагиттальной асферичности выходной поверхности 6b сканирующего оптического элемента 6 согласно первому варианту осуществления. На фиг.4 показано, каким образом степень ΔXz сагиттальной асферичности на расстоянии Z от сагиттальной оптической оси изменяется вдоль меридионального направления (в зависимости от значения Y), то есть степень Xz сагиттальной асферичности в месте ZRa на фиг.7. На фиг.5 показано, каким образом степень ΔXz сагиттальной асферичности на расстоянии Y вдоль меридионального направления от оптической оси La выходной поверхности 6b изменяется в направлении дополнительного сканирования (в направлении по оси Z), то есть степень Δ Xz сагиттальной асферичности в местоположение YRa на фиг.8.
В первом варианте осуществления сагиттальная форма выходной поверхности 6b на оптической оси La выполнена дугообразной, а на части, удаленной от оптической оси La в меридиональном направлении, сагиттальная форма выполнена не дугообразной (асферической). Более того, как показано на фиг.4, выходная поверхность 6b задана как указанная асферическая поверхность с изменяющейся степенью сагиттальной асферичности, что в меридиональном направлении степень Δ Xz сагиттальной асферичности постепенно возрастает от нуля по мере удаления от оптической оси La, а после прохождения пикового значения она постепенно уменьшается.
Кроме того, как показано на фиг.5, степень сагиттальной асферичности добавляется таким образом, что на части выходной поверхности 6b вне оптической оси La она постепенно возрастает по мере удаления от сагиттальной оптической оси La в направлении дополнительного сканирования. В данном случае положительный знак означает отклонение от основной дугообразной формы в направлении к поверхности сканирования.
Поверхность с изменяющейся степенью сагиттальной асферичности выполнена такой, что по мере удаления от оптической оси La на выходной поверхности 6b в меридиональном направлении степень сагиттальной асферичности постепенно спадает от нуля, а на части выходной поверхности 6b вне оптической оси La степень сагиттальной асферичности постепенно уменьшается по мере удаления от сагиттальной оптической оси La в направлении дополнительного сканирования.
К тому же, степень сагиттальной асферичности добавляется в очень небольшом количестве, составляющем приблизительно 1/100 часть основной дугообразной формы, и сагиттальная асферическая поверхность является эффективной только для исправления искривления линий сканирования без внесения существенного вклада в кривизну поля в направлении дополнительного сканирования.
На фиг.9А и 9В изображены аберрации в первом варианте осуществления изобретения.
Кривизна поля в направлении основного сканирования находится в пределах диапазона ± 0,6 мм, а кривизна поля в направлении дополнительного сканирования находится в пределах диапазона ± 0,3 мм. Таким образом, они хорошо исправлены. Кроме того, дисторсия (f-θ -характеристика) находится в пределах диапазона ± 0,3%, а сдвиг высоты изображения находится в пределах диапазона ± 0,08 мм, и они являются хорошо скорректированными.
Таким образом, отдельно от исправления кривизны поля в направлении дополнительного сканирования на основе светособирающего свойства, которое обеспечивается основной дугообразной формой, благодаря эффекту асферичности предоставляется возможность управления освещенным местоположением на поверхности сканирования. Вследствие действия асферической поверхности освещенное местоположение Zoa, являющееся результатом отклоненного света, направляемого в различные точки изображения по высоте, может быть выполнено точно совмещенным с освещенным местоположением Zo в середине высоты изображения. То есть кривизну поля в направлении дополнительного сканирования и искривление линий сканирования можно исправлять независимо друг от друга. Если говорить более конкретно относительно совмещения, то его осуществляют с достижением позиционного сдвига в направлении дополнительного сканирования, не превышающего 10 мкм, предпочтительно, чтобы он не превышал 5 мкм.
Положение освещенного места и искривление линий сканирования в оптическом сканирующем устройстве согласно первому варианту осуществления показаны на фиг.10А и 10В в сравнении с положением освещенного местоположения и искривлением линий сканирования из сравнительного примера. Оптическое сканирующее устройство из сравнительного примера имело сканирующую оптическую систему без эффекта асферической поверхности из первого варианта осуществления. Искривление линий сканирования определялось по сдвигу положения освещенного местоположения между серединой высоты изображения и другими точками изображения по высоте.
Как видно из фиг.10А и 10В, освещенное местоположение на середине высоты изображения, соответствующей оптической оси сканирующей оптической системы 6, как в случае первого варианта осуществления, так и в сравнительном примере, находится на расстоянии Zизображения=0,1819 мм, и это место находится выше сагиттальной оптической оси.
В сравнительном примере в сопоставлении с серединой высоты изображения освещенное местоположение на концевой части высоты изображения смещено вниз, и создается искривление линии сканирования, составляющее 11 мкм. По сравнению с этим в первом варианте осуществления освещенные местоположения на различных высотах изображения выровнены, а искривление линии сканирования исправлено до достаточно небольшой величины 5,0 мкм.
Из вышесказанного можно видеть, что путем изменения степени Xz сагиттальной асферичности по мере удаления от оптической оси La в меридиональном направлении положение освещенного места на каждой высоте изображения может быть выровнено, а искривление линии сканирования может быть заметно уменьшено.
Кроме того, поскольку в оптическом сканирующем устройстве согласно первому варианту осуществления освещенное местоположение Zo на поверхности 8 сканирования находится ближе к сагиттальной оптической оси La по сравнению с местом Za или Zb в направлении дополнительного сканирования, когда отклоненный световой пучок Ld достигает входной поверхности 6а или выходной поверхности 6b сканирующей оптической системы 6, то искривление линии сканирования может быть исправлено более удовлетворительно.
Далее будет описан единственный сканирующий оптический элемент 6, который образует сканирующую оптическую систему согласно первому варианту осуществления изобретения. Входная поверхность 6а представляет собой цилиндрическую поверхность, имеющую оптическую силу только в направлении основного сканирования. Выходная поверхность 6b представляет собой поверхность с изменяющимся сагиттальным радиусом кривизны, при этом меридиональная линия имеет дугообразную форму, тогда как сагиттальная линия выполнена выпуклой, а абсолютное значение радиуса кривизны постепенного возрастает по мере удаления от оптической оси в меридиональном направлении. Кроме того, по левую и по правую сторону от направления основного сканирования с лежащей посредине оптической осью сканирующей оптической системы 6 сагиттальный радиус кривизны изменяется несимметрично. Как описывалось выше, суммарная оптическая сила (преломляющая способность) сканирующей оптической системы 6 в направлении дополнительного сканирования сосредоточена на выходной поверхности 6b.
Точнее говоря, сосредоточено 90% или более суммарной оптической силы. То есть в том случае, когда оптическая сила сканирующей оптической системы 6 в направлении дополнительного сканирования равна ⊘ so, а оптическая сила поверхности с изменяющейся степенью сагиттальной асферичности в направлении дополнительного сканирования равна ⊘ si, структура является такой, что выполняется следующее соотношение:
На фиг.11 представлен схематичный вид основной части первого варианта осуществления в направлении основного сканирования.
Меридиональная форма выходной поверхности 6b, показанной на фиг.11, является дугообразной и выполнена с такой формой, что, если расстояние вдоль оптической оси сканирующей оптической системы 6 от местоположения в направлении основного сканирования, где световой пучок отклоняется с помощью отклоняющей поверхности 5а, до места, где отклоненный световой пучок достигает выходной поверхности 6b, равно Р1, а расстояние от местоположения, где отклоненный световой пучок достигает выходной поверхности 6b, до местоположения, где он падает на поверхность 8 сканирования, равно Р2, то для световых путей отклоненных световых пучков, направленных ко всем точкам изображения по высоте на поверхности 8 сканирования, отношение Р2/Р1 становится приблизительно постоянным (Р2/Р1=постоянной величине) или в качестве альтернативы оно находится в пределах±10% определенного значения. Например, что касается случая светового пути для отклоненного светового пучка Ld, направленного на концевую часть Ip высоты изображения, то, если расстояние от местоположения, где отклоненный световой пучок Ld отражается отклоняющей поверхностью 5а до местоположения, где отклоненный световой пучок Ld достигает выходной поверхности 6b, равно М1, а расстояние от местоположения, где отклоненный световой пучок Ld достигает выходной поверхности 6b, до местоположения, где он достигает поверхности 8 сканирования, равно М2, меридиональная форма задается так, что отношение М2/М1 примерно равно Р2/Р1 (М2/М1≈ Р2/Р1, точнее равенство соблюдается в пределах ± 10%). То есть она задается так, что выполняется соотношение:
Хотя в первом варианте осуществления суммарная оптическая сила (преломляющая способность) сканирующей оптической системы 6 в направлении дополнительного сканирования сосредоточена на выходной поверхности 6b, но все же, как описывалось выше, можно согласованно создавать кривизну поля в направлении дополнительного сканирования благодаря меридиональной форме и получать поперечное увеличение (увеличение при дополнительном сканировании) β s в направлении дополнительного сканирования, при этом даже имеющее почти постоянное значение. Увеличение при дополнительном сканировании сканирующей оптической системой 6 в первом варианте осуществления равно β s=-2,31x.
При такой компоновке, даже если сканирующий оптический элемент 6 оказывается смещенным или наклоненным в направлении дополнительного сканирования вследствие ошибки, допущенной при производстве погрешности сборки, например с образованием эксцентриситета в направлении дополнительного сканирования, расчетные (исходные) характеристики, относящиеся к искривлению линий сканирования, могут сохраняться.
А именно, согласно первому варианту осуществления оптического сканирующего устройства искривление линий сканирования может быть удовлетворительно исправлено на поверхности 8 сканирования в пределах всей высоты изображения, и кроме того, даже если возникает какой-либо эксцентриситет сканирующего оптического элемента 6 в направлении дополнительного сканирования, весьма небольшое искривление линий сканирования может остаться неизменным. Поэтому в соответствии с первым вариантом осуществления предложено оптическое сканирующее устройство, с помощью которого можно стабильно исправлять искривление линий сканирования и постоянно получать высококачественные изображения.
В первом варианте осуществления рассмотрен пример, в котором световой пучок, испускаемый из источника 1 излучения, проецируется на отклоняющее устройство под углом γ наклонного падения по отношению к плоскости сечения основного сканирования и в котором местоположение, где отклоненный световой пучок, направляемый к концевой части поверхности 8 сканирования, отклоняется при отражении отклоняющей поверхностью 5а многогранного зеркала 5, находится на том же самом уровне, что и оптическая ось сканирующей оптической системы 6. Однако изобретение не ограничено этим примером. В альтернативном примере местоположение, где световой пучок, направляемый ко всем точкам изображения по высоте, отклоняется при отражении отклоняющей поверхностью 5а, может находиться выше оптической оси. В этом случае все еще могут быть получены полезные результаты настоящего изобретения.
Кроме того, хотя первый вариант осуществления относится к оптическому сканирующему устройству, в котором оптически сканируется один световой пучок, изобретение не ограничено этим случаем. По существу те же самые полезные эффекты можно получить в оптическом сканирующем устройстве многопучкового типа, в котором два, три, четыре или больше световых пучков сканируются одновременно.
Далее, хотя первый вариант осуществления относится к примеру, в котором сканирующая оптическая система образована единственным сканирующим оптическим элементом, изобретение не ограничено этим случаем. Сканирующая оптическая система может содержать несколько оптических устройств, таких как сканирующие оптические элементы или формирующие изображения зеркала. По меньшей мере, одна поверхность таких сканирующих оптических элементов может быть выполнена в виде поверхности с изменяющейся степенью сагиттальной асферичности, благодаря которой можно удовлетворительно исправлять искривление линий сканирования.
Следует отметить, что в первом варианте осуществления входная поверхность и/или выходная поверхность сканирующего оптического элемента может быть образована вместе с дифракционным средством для того, чтобы получить аналогичное свойство асферической поверхности, описанное выше.
[Второй вариант осуществления изобретения]
На фиг.12А и 12В представлены схематичные виды вдоль плоскости сечения дополнительного сканирования оптического сканирующего устройства согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Второй вариант осуществления отличается от первого варианта осуществления тем, что степень сагиттальной асферичности выходной поверхности 6b сканирующего оптического элемента 6 выполнена переменной.
Ниже в таблице 3 указаны формы входной поверхности 6а и выходной поверхности 6b сканирующего оптического элемента 6 согласно второму варианту осуществления.
Далее будет рассмотрен схематичный вид оптического сканирующего устройства в направлении дополнительного сканирования согласно второму варианту осуществления изобретения, показанный на фиг.12А.
Во втором варианте осуществления изобретения световой пучок Li1, испускаемый из источника 1 излучения, падает на отклоняющую поверхность 5а отклоняющего устройства 5 под углом γ =3° в направлении дополнительного сканирования по отношению к плоскости сечения основного сканирования. Кроме того, отклоненный световой пучок Ld1, отраженный отклоняющей поверхностью 5а, падает на сканирующий оптический элемент 6 под углом γ =3° в направлении дополнительного сканирования по отношению к плоскости сечения основного сканирования. Поэтому местоположение, где главный луч (штрихпунктирная линия) отклоненного светового пучка Ld1 приходит на входную поверхность 6а и выходную поверхность 6b, проходит указанные поверхности, находится на большом расстоянии от сагиттальной оптической оси (или меридиональной) La. Местоположения Za и Zb прохождения на поверхностях линзы и точка Zлинзы удаления от оптической оси La находятся выше положения меридиональной линии (Zлинзы=0) и, следовательно, это означает, что Zлинзы>>0.
Во втором варианте осуществления расстояние Zлинзы от местоположения Za в направлении дополнительного сканирования, где отклоненный световой пучок Ld1 попадает на входную поверхность 6а сканирующего оптического элемента 6, равно Zлинзы=2,73 мм, тогда как расстояние Zлинзы от местоположения Zb, где свет попадает на выходную поверхность 6b, равно Zлинзы=3,34 мм.
Кроме того, что касается светового пучка Li2, падающего наклонно под углом γ =1,5° , то расстояние Zлинзы от местоположения Zc в направлении дополнительного сканирования, где световой пучок падает на входную поверхность 6а сканирующего оптического элемента 6, равно Zлинзы=1,36 мм, тогда как расстояние Zлинзы от местоположения Zd, где свет попадает на выходную поверхность 6d, равно Zлинзы=1,67 мм.
Отклоненный световой пучок Ld (Ld1 или Ld2), прошедший через сканирующий оптический элемент 6, формирует на поверхности 8 сканирования изображение в виде пятна благодаря светособирающему свойству сканирующего оптического элемента 6. Во втором варианте осуществления оба отклоненных световых пучка, Ld1 и Ld2, достигают поверхности 8 сканирования, находясь в пределах плоскости сечения основного сканирования (на оптической оси La сканирующего оптического элемента 6). Для обеспечения прихода световых пучков, имеющих различные углы наклонного падения, например описанных выше, в одно и то же местоположение (на оптической оси) на поверхности 8 сканирования, сферическая аберрация в направлении дополнительного сканирования должна быть хорошо исправлена в пределах области (заштрихованной зоны на фиг.12В), содержащей отклоненные световые пучки Ld1 и Ld2. Более подробно это будет описано ниже.
В данном описании местоположение в направлении дополнительного сканирования, где отклоненный световой пучок Ld падает на поверхность 8 сканирования, будет называться “освещенным местом Zo”, тогда как расстояние от оптической оси La будет называться “Zизображения”.
Местоположение в направлении дополнительного сканирования, где отклоненный световой пучок Ld попадает на входную поверхность 6а и выходную поверхность 6b сканирующей оптической системы 6, а также оптическая сила (преломляющая способность), имеющая решающее значение для отклонения отклоненного светового пучка Ld вниз, являются различными в зависимости от высоты изображения. Вследствие этого возникает проблема, заключающаяся в том, что расстояние Zизображения для освещенного местоположения Zo не остается одним и тем же, в результате чего возникает так называемое “искривление линий сканирования”.
Для решения указанной проблемы в оптическом сканирующем устройстве согласно второму варианту осуществления выходная поверхность 6b сканирующего оптического элемента 6, который является единственным оптическим элементом, образующим сканирующую оптическую систему, снабжена поверхностью с изменяющейся степенью сагиттальной асферичности, задаваемой сагиттальной формой S в приведенном выше уравнении (b) и численными значениями на фиг.13. Здесь термин “поверхность с изменяющейся степенью сагиттальной асферичности” относится к поверхности, у которой вдоль меридионального направления поверхности линзы степень Δ Xz асферичности сагиттальной поверхности изменяется по мере удаления от оптической оси La поверхности линзы.
Здесь же термин “степень ΔXz сагиттальной асферичности” относится к степени ΔXz, показанной на фиг.6, с помощью которой в определенном месте Zлинзы (Zлинзы≠0 мм) в направлении дополнительного сканирования, кроме как на меридиональной (кроме как на сагиттальной оптической оси), поверхность линзы отклоняется от базового сагиттального радиуса Rs* кривизны. Термин “степень ΔXz сагиттальной асферичности изменяется” означает, что степень ΔXz сагиттальной асферичности в одном и том же местоположении Zлинзы (Zлинзы≠0) в направлении дополнительного сканирования изменяется в зависимости от координаты Y в меридиональном направлении. То есть это означает состояние dΔXz/dY≠ 0.
На фиг.13 показано, каким образом изменяется степень ΔXz сагиттальной асферичности выходной поверхности 6b сканирующего оптического элемента 6 согласно второму варианту осуществления. На фиг.14 показано, каким образом степень ΔXz сагиттальной асферичности на расстоянии Z от сагиттальной оптической оси изменяется вдоль меридионального направления (значения по оси Y), то есть степень ΔXz сагиттальной асферичности в местоположении ZRa на фиг.7. На фиг.15 показано, каким образом степень ΔXz сагиттальной асферичности на расстоянии Y вдоль меридионального направления от оптической оси La выходной поверхности 6b изменяется в направлении дополнительного сканирования (в направлении по оси Z), то есть степень ΔXz сагиттальной асферичности в месте YRa на фиг.8.
Во втором варианте осуществления сагиттальная форма выходной поверхности 6b является не дугообразной (асферической). Более того, как показано на фиг.14, выходная поверхность 6b задана в виде такой поверхности с изменяющейся степенью сагиттальной асферичности, что в меридиональном направлении степень асферичности сагиттальной поверхности постепенно уменьшается по мере удаления от оптической оси. Кроме того, как показано на фиг.15, степень сагиттальной асферичности добавляется так, что она постепенно возрастает по мере удаления от сагиттальной оптической оси в направлении дополнительного сканирования. В данном случае положительный знак означает переход от основной дугообразной формы по направлению к поверхности сканирования.
Поверхность с изменяющейся степенью сагиттальной асферичности выполнена такой, что по мере удаления от оптической оси La на выходной поверхности 6b в меридиональном направлении степень сагиттальной асферичности постепенно спадает от нуля, а на части выходной поверхности 6b вне оптической оси La степень сагиттальной асферичности постепенно уменьшается по мере удаления от сагиттальной оптической оси La в направлении дополнительного сканирования.
К тому же, степень сагиттальной асферичности добавляется в очень небольшом количестве, составляющем приблизительно 1/100 часть основной дугообразной формы, и сагиттальная асферическая поверхность является эффективной только для исправления искривления линий сканирования без внесения существенного вклада в кривизну поля в направлении дополнительного сканирования.
На фиг.21А и 21В показаны сферические аберрации в направлении дополнительного сканирования на середине высоты развернутого изображения и на конце высоты развернутого изображения в соответствии со вторым вариантом осуществления. Хотя реальный световой пучок ограничен узкой областью, показанной на фиг.12А, для оценки сферической аберрации линзы, примененной во втором варианте осуществления, использовалась область, заштрихованная на фиг.12В. Что касается сравнительного примера, то в нем использовалась линза без асферической поверхности в сагиттальном направлении. По оси ординат представлено положение светового луча в направлении дополнительного сканирования, проходящего через входную поверхность 6а сканирующего оптического элемента 6. Как изображено на этих графиках, во всей области, включающей отклоненные световые пучки Ld1 и Ld2, сферическая аберрация в направлении дополнительного сканирования исправлена удовлетворительно.
Точнее говоря, когда фокусное расстояние сканирующей оптической системы равно fs, а сканирующий оптический элемент 6 выполнен так, что во всей области угол падения светового пучка не больше γ , сферическая аберрация в направлении дополнительного сканирования сохраняется на уровне не более 0,05fs.
В случае сферической аберрации, исправленной так, как описано выше, световой пучок, наклонно падающий на участок, где исправлена сферическая аберрация, несомненно может быть отображен на оптической оси сканирующего оптического элемента 6. Это обеспечивает получение двух следующих полезных результатов.
Во-первых, даже если угол γ наклонного падения изменяется, например вследствие погрешности в размещении источника света или коллиматорной линзы, без всякого сомнения свет может быть отображен в том же самом освещенном месте на фоточувствительном барабане и поэтому регулировка освещенного места в направлении дополнительного сканирования может быть упрощенной. Кроме того, даже если угол γ наклонного падения колеблется вследствие какой-либо вибрации устройства, то это не приводит к сильной нерегулярности и, следовательно, устойчивое качество изображения может сохраняться.
Второе преимущество можно получить при использовании сканирующего оптического элемента в различных устройствах формирования изображения. Точнее говоря, если разместить зеркало или аналогичную оптическую деталь после сканирующего оптического элемента, то при изменении угла γ наклонного падения вследствие какого-либо пространственного ограничения в основном узле или в какой-либо детали можно использовать тот же самый сканирующий оптический элемент. В известных из уровня техники оптических системах с наклонным падением сканирующий оптический элемент устанавливают с эксцентриситетом для исправления искривления линий сканирования. Хотя такая установка обеспечивает возможность исправления искривления линий сканирования в случае угла γ наклонного падения, она не удовлетворяет требованиям при другом угле γ ' наклонного падения. Поэтому, если угол наклонного падения иной, сканирующий оптический элемент необходимо переконструировать применительно к такому углу.
По сравнению с этим после исправления сферической аберрации в направлении дополнительного сканирования в пределах области, которую реально предполагается использовать, как, например, в рассматривамом варианте осуществления изобретения, можно получить сканирующий оптический элемент, который удовлетворяет требованиям при любом угле наклонного падения в этой области.
Кроме того, для исправления сферической аберрации вместо сагиттальной асферической поверхности, используемой во втором варианте осуществления, можно использовать поверхность дифракционного оптического элемента, обладающего свойством асферической поверхности. В качестве дальнейшей альтернативы сферическую аберрацию можно скорректировать путем изгиба множества поверхностей.
На фиг.22А и 22В показаны аберрации согласно второму варианту осуществления изобретения (при угле наклонного падения, составляющем 3° ).
Кривизна поля в направлении основного сканирования находится в пределах ± 0,6 мм, а кривизна поля в направлении дополнительного сканирования находится в пределах ± 0,3 мм. Следовательно, они хорошо исправлены. Кроме того, дисторсия (f-θ -характеристика) находится в пределах ± 0,3%, а сдвиг высоты изображения в пределах ± 0,08 мм, то есть они хорошо скорректированы.
Таким образом, отдельно от исправления кривизны поля в направлении дополнительного сканирования на основе светособирающего свойства, которое обусловлено основной дугообразной формой, обеспечивается возможность управления положением освещенного местоположения на поверхности сканирования с помощью эффекта асферичности. Благодаря влиянию асферической поверхности местоположение Zoa, освещенное отклоненным светом, направляемым в различные точки по высоте изображения, может быть приведено в точное совмещение с освещенным местоположением Zo на середине высоты изображения. То есть кривизну поля в направлении дополнительного сканирования и искривление линий сканирования можно исправлять независимо друг от друга. Если говорить более конкретно относительно совмещения, то оно реализуется при позиционном сдвиге в направлении дополнительного сканирования, не превышающем 10 мкм, предпочтительно, чтобы он не превышал 5 мкм.
Положение освещенного места и искривление линии сканирования в оптическом сканирующем устройстве согласно второму варианту осуществления представлены на фиг.16А и 16В (для углов наклонного падения, составляющих 3 и 1,5° ) в сопоставлении с положением освещенного места и искривлением линии сканирования согласно сравнительному примеру. Оптическое сканирующее устройство согласно сравнительному примеру имеет сканирующую оптическую систему без эффекта асферической поверхности согласно второму варианту осуществления изобретения. Искривление линий сканирования определялось по сдвигам положений освещенных местоположений между серединой высоты изображения и другими точками изображения по высоте.
Как видно из фиг.16А и 16В, для освещенного местоположения на середине высоты изображения, соответствующей оптической оси сканирующей оптической системы 6, Zизображения=0 мм во втором варианте осуществления, тогда как Zизображения=-0,0997 мм в сравнительном примере без сагиттальной сферической поверхности.
В сравнительном примере по сравнению с серединой высоты изображения освещенное местоположение на концевой части высоты изображения смещено вниз, и создается искривление линии сканирования, составляющее 11 мкм. По сравнению с этим во втором варианте осуществления освещенные места на различных высотах изображения выровнены, а искривление линии сканирования исправлено до достаточно небольшой величины 4,7 мкм в случае угла наклонного падения, составляющего 3° , и до 2,3 мкм в случае угла наклонного падения, составляющего 1,5°.
Из вышесказанного можно видеть, что путем изменения степени Δ Xz сагиттальной асферичности по мере удаления от оптической оси La в меридиональном направлении положение освещенного места на каждой высоте изображения может быть выровнено, а искривление линий сканирования может быть заметно уменьшено.
Кроме того, поскольку в оптическом сканирующем устройстве согласно второму варианту осуществления освещенное местоположение Zo на поверхности 8 сканирования находится ближе к сагиттальной оптической оси La по сравнению с местоположением в направлении дополнительного сканирования, где отклоненный световой пучок Ld достигает входной поверхности 6а или выходной поверхности 6b сканирующей оптической системы 6, то искривление линий сканирования может быть исправлено более удовлетворительно.
Далее будет описан единственный сканирующий оптический элемент 6, который образует сканирующую оптическую систему согласно второму варианту осуществления изобретения. Входная поверхность 6а представляет собой цилиндрическую поверхность, имеющую оптическую силу только в направлении основного сканирования. Выходная поверхность 6b представляет собой поверхность с изменяющимся сагиттальным радиусом кривизны, при этом меридиональная линия имеет дугообразную форму, тогда как сагиттальная линия выполнена выпуклой, а абсолютное значение радиуса кривизны постепенно возрастает по мере удаления от оптической оси в меридиональном направлении. Кроме того, по левую и по правую сторону от направления основного сканирования с лежащей посредине оптической осью сканирующей оптической системы 6 сагиттальный радиус кривизны изменяется несимметрично. Как описывалось выше, суммарная оптическая сила (преломляющая способность) сканирующей оптической системы 6 в направлении дополнительного сканирования сосредоточена на выходной плоскости 6b.
Точнее говоря, преимущественно, чтобы было сосредоточено 90% или более суммарной оптической силы. То есть в том случае, когда оптическая сила сканирующей оптической системы 6 в направлении дополнительного сканирования равна ⊘ so, а оптическая сила поверхности с изменяющейся степенью сагиттальной асферичности в направлении дополнительного сканирования равна ⊘ si, структура является такой, что выполняется следующее соотношение:
На фиг.11 представлен схематичный вид основной части согласно второму варианту осуществления изобретения в направлении основного сканирования.
Меридиональная форма выходной поверхности 6b, показанной на фиг.11, является дугообразной и такой формой, что, если расстояние вдоль оптической оси сканирующей оптической системы 6 от местоположения в направлении основного сканирования, где световой пучок отклоняется отклоняющей поверхностью 5а, до местоположения, где отклоненный световой пучок достигает выходной поверхности 6b, равно Р1, а расстояние от местоположения, где отклоненный световой пучок достигает выходной поверхности 6b, до местоположения, где он падает на поверхность 8 сканирования, равно Р2, то для световых путей отклоненных световых пучков, направленных ко всем точкам изображения по высоте на поверхности 8 сканирования, отношение Р2/Р1 становится почти постоянным (Р2/Р1=постоянной величине) или в качестве альтернативы оно находится в пределах ± 10% определенного значения. Например, что касается случая светового пути для отклоненного светового пучка Ld, направленного на концевую часть Ip высоты изображения, то, если расстояние от местоположения, где отклоненный световой пучок Ld отражается отклоняющей поверхностью 5а, до местоположения, где отклоненный световой пучок Ld достигает выходной поверхности 6b, равно М1, а расстояние от местоположения, где отклоненный световой пучок Ld достигает выходной поверхности 6b, до местоположения, где он достигает поверхности 8 сканирования, равно М2, меридиональная форма задается таким образом, чтобы отношение М2/М1 было примерно равным Р2/Р1 (М2/М1≈ Р2/Р1, точнее говоря, чтобы равенство соблюдалось в пределах ± 10%). То есть указанная меридиональная форма задается так, что выполняется соотношение
Хотя во втором варианте осуществления суммарная оптическая сила (преломляющая способность) сканирующей оптической системы 6 в направлении дополнительного сканирования сосредоточена на выходной поверхности 6b, но можно согласованно формировать кривизну поля в направлении дополнительного сканирования с помощью меридиональной формы, как описано выше, и получать поперечное увеличение (увеличение при дополнительном сканировании) β s в направлении дополнительного сканирования, при этом даже имеющее почти постоянное значение. Увеличение в направлении дополнительного сканирования сканирующей оптической системы 6 во втором варианте осуществления равно β s=-2,31x.
При такой компоновке, даже если сканирующий оптический элемент 6 оказывается смещенным или наклоненным в направлении дополнительного сканирования вследствие производственной погрешности или погрешности сборки, например с образованием эксцентриситета в направлении дополнительного сканирования, расчетные (исходные) характеристики, относящиеся к искривлению линий сканирования, могут сохраняться.
А именно, согласно второму варианту осуществления оптического сканирующего устройства искривление линий сканирования может быть удовлетворительно скорректировано на поверхности 8 сканирования в пределах всей высоты изображения, и кроме того, даже если возникнет какой-либо эксцентриситет сканирующего оптического элемента 6 в направлении дополнительного сканирования, весьма небольшое искривление линий сканирования может остаться неизменным. Поэтому в соответствии со вторым вариантом осуществления предложено оптическое сканирующее устройство, с помощью которого можно стабильно исправлять искривление линий сканирования и постоянно получать высококачественные изображения.
Во втором варианте осуществления рассмотрен пример, в котором световой пучок, испускаемый из источника 1 излучения, проецируется под углом γ наклонного падения по отношению к плоскости сечения основного сканирования и в котором местоположение, где отклоненный световой пучок, направляемый к концевой части поверхности 8 сканирования, отклоняется при отражении отклоняющей поверхностью 5а многогранного зеркала 5, находится на том же самом уровне, что и оптическая ось сканирующей оптической системы 6. Однако изобретение не ограничено этим примером. В альтернативном примере местоположение, где отклоненный световой пучок, направляемый ко всем точкам изображения по высоте, отклоняется при отражении отклоняющей поверхностью 5а, может находиться выше оптической оси. В этом случае все еще могут быть получены полезные результаты настоящего изобретения.
Кроме того, хотя второй вариант осуществления относится к оптическому сканирующему устройству, в котором оптически сканируется один световой пучок, изобретение не ограничено этим. По существу те же самые полезные эффекты можно получить в оптическом сканирующем устройстве многопучкового типа, в котором два, три, четыре или больше световых пучков сканируются одновременно.
Далее, хотя второй вариант осуществления относится к примеру, в котором сканирующая оптическая система образована одним сканирующим оптическим элементом, изобретение не ограничено этим решением. Сканирующая оптическая система может содержать несколько оптических компонентов, таких как сканирующие оптические элементы или формирующие изображения зеркала. По меньшей мере, одна поверхность таких сканирующих оптических элементов может быть выполнена в виде поверхности с изменяющейся степенью сагиттальной асферичности, благодаря которой можно удовлетворительно корректировать искривление линий сканирования.
Следует отметить, что во втором варианте осуществления входная поверхность и/или выходная поверхность сканирующего оптического элемента может быть образована вместе с дифракционным элементом для получения аналогичного свойства асферической поверхности, описанного выше.
Во втором варианте осуществления рассмотрен пример оптического сканирующего устройства только с одной поверхностью с изменяющейся степенью сагиттальной асферичности, в котором только выходная поверхность 6b сканирующего оптического элемента 6 образована в виде поверхности с изменяющейся степенью сагиттальной асферичности. Однако изобретение не ограничено этим случаем. По существу те же самые полезные результаты, как и во втором варианте осуществления, можно получить с помощью оптического сканирующего устройства с несколькими поверхностями с изменением степени сагиттальной асферичности, в котором входная поверхность 6а сканирующей оптической системы 6 также выполнена в виде поверхности с изменяющейся степенью сагиттальной асферичности с целью совместного использования асферичности двух поверхностей.
Далее, хотя во втором варианте осуществления меридиональная форма выходной поверхности 6b сканирующей оптической системы 6 является дугообразной, изобретение не ограничено этим случаем.
Если использовать не дугообразную форму (асферическую форму), то можно хорошо корректировать аберрации в направлении основного сканирования и, следовательно, в этом случае можно получить по существу те же самые полезные результаты или более хорошие результаты.
Кроме того, хотя во втором варианте осуществления использованы два коэффициента, Z4 и Z4Y2 для описания сагиттальной асферической поверхности, изобретение не ограничено этим случаем. Для описания сагиттальной асферической поверхности можно использовать многочлен, в котором число порядков для Y, находящегося в связи с Z4, возрастает как Z4Y4, Z4Y6, Z2Y8 и т.д. или многочлен, в котором число порядков для Z, находящего в связи с каждым порядком Y, в дополнение к вышеуказанному возрастает как Z6, Z6Y2, Z6Y4, Z6Y6, Z6Y8 и т.д. и Z8, Z8Y2, Z8Y4, Z8Y6, Z8Y8 и т.д. В этом случае полезные эффекты настоящего изобретения могут быть дополнительно усилены.
[Третий вариант осуществления изобретения]
На фиг.17А в сечении основного сканирования представлено оптическое сканирующее устройство согласно третьему варианту осуществления, а на фиг.17В представлен вид того же самого устройства в сечении дополнительного сканирования.
В третий вариант осуществления включены два оптических сканирующих устройства согласно первому или второму варианту осуществления, но только одно отклоняющее устройство совместно используется устройствами. Точнее говоря, третий вариант осуществления относится к оптическому сканирующему устройству, предназначенному для использования в устройстве формирования цветного изображения, в котором два световых пучка вводятся в каждую сканирующую оптическую систему 6 и, следовательно, четыре световых пучка одновременно проецируются на одно отклоняющее устройство 5, так что четыре световых пучка отклоняются посредством одного отклоняющего устройства 5 для осуществления оптического сканирования фоточувствительных барабанов 8a-8d, соответствующих четырем световым пучкам.
На фиг.17А и 17В номером 1 обозначен источник излучения (многопучковый лазер), который включает в себя четыре полупроводниковых лазера 1a, 1b, 1c и 1d, при этом каждый выполнен с возможностью излучения одного светового пучка. Каждый из четырех расходящихся световых пучков, испускаемых из четырех полупроводниковых лазеров 1a-1d, преобразуется соответствующей одной из коллиматорных линз (первым оптическим элементом) 2а, 2b, 2c и 2d в почти параллельный световой пучок (он может быть сходящимся световым пучком или расходящимся световым пучком). Далее апертурные диафрагмы 3a, 3b, 3c и 3d ограничивают ширину соответствующих световых пучков. Из этих световых пучков два почти параллельных световых пучка, прошедших через апертурные диафрагмы 3а и 3b, формируют изображения с помощью первой цилиндрической линзы (второго оптического элемента), имеющей оптическую силу только в направлении дополнительного сканирования, прилежащей отклоняющей поверхности 5а отклоняющего устройства (будет описано), например линейное изображение, вытянутое вдоль плоскости сечения основного сканирования. Кроме того, два почти параллельных световых пучка, прошедших через апертурные диафрагмы 3с и 3d, формируют изображения с помощью второй цилиндрической линзы 4b, имеющей оптическую силу только в направлении дополнительного сканирования, прилежащей отклоняющей поверхности 5b отклоняющего устройства 5 (будет описано), например линейное изображение, вытянутое вдоль плоскости сечения основного сканирования.
Номером 5 обозначено отклоняющее устройство, которое представляет собой многогранное зеркало (вращающееся многогранное зеркало), например выполненное с четырьмя поверхностями. С помощью привода, например двигателя, оно вращается с постоянной скоростью в направлении стрелки А.
Номером 61 обозначена первая сканирующая оптическая система, которая состоит из одного сканирующего оптического элемента (f-θ -линзы), изготовленного пластическим формованием и имеющего f-θ -характеристику. Номером 62 обозначена вторая сканирующая оптическая система, которая состоит из одного сканирующего оптического элемента (f-θ -линзы), изготовленного пластическим формованием и имеющего f-θ -характеристику. Каждый сканирующий оптический элемент используется для формирования изображения двух отклоненных световых пучков ВМа и BMb (BMc и BMd), соответственно отклоненных отклоняющим устройством 5, на поверхностях 8а и 8b (8c и 8d) фоточувствительного барабана, которые сканируются. Кроме того, они используются для коррекции наклона отклоняющей поверхности 5а (5b) отклоняющего устройства 5. В данном случае четыре световых пучка ВМа-BMd, отклоненных при отражении отклоняющими поверхностями 5а и 5b отклоняющего устройства 5, направляются через первую сканирующую оптическую систему 61 или вторую сканирующую оптическую систему 62 на четыре поверхности 8а, 8b, 8c и 8d светочувствительного барабана (соответственно светло-голубому, пурпурному, желтому и черному цветам), соответствующие четырем световым пучкам. При вращении отклоняющего устройства 5 в направлении стрелки А поверхности 8a-8d светочувствительного барабана оптически сканируются в направлении стрелки В. Таким образом, одна линия сканирования обозначается на каждой из четырех поверхностей 8a-8d фоточувствительного барабана, посредством чего осуществляется запись изображения.
В каждой сканирующей оптической системе 61 (62) используется общий сканирующий оптический элемент для двух световых пучков ВМа и BMb (BMc и BMd), посредством которого одна линия сканирования обозначается на каждой из четырех поверхностей 8a-8d фоточувствительного барабана и осуществляется запись изображения.
В дальнейшем для простоты рассмотрения сканирующие оптические системы 61 и 62 будут также именоваться сканирующей оптической системой 6, а коллиматорные линзы 2а, 2b, 2c и 2d будут также именоваться коллиматорной линзой 2. Кроме того, апертурные диафрагмы 3а, 3b, 3c и 3d будут также именоваться апертурной диафрагмой 3, а цилиндрические линзы 4а и 4b будут также именоваться цилиндрической линзой 4. Поверхности 8а, 8b, 8c и 8d сканирования будут также именоваться поверхностью 8 сканирования.
К третьему варианту осуществления относится пример, в котором изобретение предназначено для использования в устройстве формирования цветного изображения, имеющем четыре фоточувствительных барабана, соответственно светло-голубому, пурпурному, желтому и черному цветам. Цветное изображение образуется путем наложения четырех цветов и, если возникает разброс мест печати линий сканирования, соответствующих этим цветам, следствием является рассогласование цветов, которое вызывает ухудшение качества изображения. Поэтому необходимо обеспечить совпадение мест печати линий сканирования, соответствующих цветам.
Третий вариант осуществления относится к оптическому сканирующему устройству, предназначенному для одновременного оптического сканирования четырех световых пучков путем использования двух сканирующих оптических систем 61 и 62, оптически сопряженных с одним многогранным зеркалом 5, что показано на фиг.17В. Точнее говоря, отклоненные световые пучки ВМа и ВМс, падающие на сканирующие оптические системы 61 и 62 соответственно на участке выше сагиттальной оптической оси, возвращаются назад и вниз посредством первого и второго возвратных зеркал 7а и 7d соответственно, каждое из которых находится вблизи сканирующего оптического элемента 61 или 62, а затем световые пучки отражаются третьим и четвертым возвратными зеркалами 7с и 7f соответственно по направлению к поверхностям 8а и 8с соответственно фоточувствительного барабана. С другой стороны, отклоненные световые пучки BMb и BMd, падающие на сканирующие оптические элементы 61 и 62, на участке ниже сагиттальной оптической оси отражаются по направлению к поверхностям 8b и 8d соответственно фоточувствительного барабана пятым и шестым возвратными зеркалами 7b и 7e соответственно, каждое из которых находится на расстоянии от сканирующего оптического элемента 61 или 62.
Как изображено, возвратные зеркала расположены примерно линейно-симметрично по отношению к оси вращения многогранного зеркала и поэтому оптическое сканирующее устройство имеет простую и компактную конструкцию.
Обычно, когда возвратные зеркала расположены линейно-симметрично по отношению к оси вращения многогранного зеркала 5, как в третьем варианте осуществления, существует возможность, заключающаяся в том, что направление искривления линий сканирования при оптическом сканировании поверхностей фоточувствительного барабана изменяется на обратное и, если используется оптическое сканирующее устройство, создающее большое искривление линий сканирования, проблема несовпадения цветов становится весьма значимой. Кроме того, если расположение возвратных зеркал изменяется относительно этого варианта осуществления так, что отклоненный световой пучок, падающий на вторую сканирующую оптическую систему 62 в местоположении, находящемся ниже сагиттальной оптической оси, направляется на поверхность 8 фоточувствительного барабана посредством четного числа возвратных зеркал, тогда как отклоненный световой пучок, падающий выше сагиттальной оптической оси, направляется на поверхность 8 фоточувствительного барабана посредством нечетного числа возвратных зеркал, то направление искривления линий сканирования может быть сделано одинаковым. Однако световые пути становятся очень сложными, и это приводит к возрастанию объема оптического сканирующего устройства или к увеличению числа возвратных зеркал, что делает конструкцию весьма сложной.
С учетом указанного в третьем варианте осуществления изобретения сагиттальная форма выходной поверхности 6b каждой из первой и второй сканирующих оптических систем 61 и 62 выполнена не дугообразной (асферической). Кроме того, используется поверхность с изменяющейся степенью сагиттальной асферичности, при этом степень сагиттальной асферичности изменяется по мере удаления от оптической оси La выходной поверхности 6b вдоль меридионального направления, посредством чего искривление линий сканирования уменьшается до очень малой величины. С помощью такой компоновки получается оптическое сканирующее устройство третьего варианта осуществления, посредством которого даже в случае использования планировки оптических путей (или размещения возвратных зеркал), при которой направление искривления линий сканирования изменяется на обратное, можно стабильно формировать цветное изображение без возникновения проблемы несовпадения цветов.
Следует отметить, что в третьем варианте осуществления изобретения для получения аналогичного свойства асферической поверхности, описанного выше, входная поверхность и/или выходная поверхность сканирующей оптической системы может быть образована в сочетании с дифракционным элементом.
Хотя в третьем варианте осуществления сканирующую оптическую систему образует один сканирующий оптический элемент, изобретение не ограничено этим решением. Для достижения удовлетворительных полезных результатов настоящего изобретения можно использовать несколько оптических элементов. Само собой разумеется, что сканирующий оптический элемент, имеющий оптическую силу только в направлении дополнительного сканирования, может быть образован с поверхностью с изменяющейся степенью сагиттальной асферичности.
Кроме того, в третьем варианте осуществления один световой пучок оптически сканируется по одной из поверхностей фоточувствительного барабана, соответствующих различным цветам, но изобретение не ограничено этим случаем. Например, посредством многогранного зеркала можно одновременно отклонять при отражении восемь световых пучков и, с другой стороны, наряду с этим проецировать четыре световых пучка на каждую из двух сканирующих оптических систем, посредством чего направлять два световых пучка на каждую поверхность светочувствительного барабана для обеспечения оптического сканирования. В случае оптического сканирующего устройства такой конструкции можно обеспечить по существу те же самые полезные результаты настоящего изобретения.
[Устройство формирования изображения]
На фиг.18 в направлении дополнительного сканирования представлен разрез основной части устройства формирования изображения согласно варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг.18 номером 104 обозначено устройство формирования изображения. В этом устройстве 104 формирования изображения кодированные данные Dc вводятся из внешнего оборудования 117, например из персонального компьютера. Кодированные данные Dc преобразуются в устройстве контроллером 111 принтера в видеоданные (точечные данные) Di. Затем видеоданные Di подаются на оптический сканирующий блок 100, имеющий структуру, описанную со ссылками на первый или второй варианты осуществления настоящего изобретения. В оптическом сканирующем блоке 100 формируется световой пучок 103, модулированный в соответствии с видеоданными Di, и этим световым пучком 103 в направлении основного сканирования оптически сканируется фоточувствительная поверхность фоточувствительного барабана 101. Фоточувствительный барабан 101, который представляет собой элемент, являющийся носителем электростатического скрытого изображения (фоточувствительный элемент), вращается по часовой стрелке двигателем 115. При этом вращении фоточувствительная поверхность барабана 101 перемещается относительно светового пучка 103 в направлении дополнительного сканирования, перпендикулярном к направлению основного сканирования. Над фоточувствительным барабаном 101 расположен зарядный валик 102, находящийся в соприкосновении с поверхностью барабана, предназначенный для равномерной электрической зарядки поверхности фоточувствительного барабана 101. Световой пучок 103, сканируемый оптическим сканирующим блоком 100, проецируется на поверхность фоточувствительного барабана 101, электрически заряженную зарядным валиком 102.
Как описывалось выше, световой пучок 103 модулируется видеоданными Di и при освещении этим световым пучком 103 на поверхности фоточувствительного барабана 101 формируется электростатическое скрытое изображение. Полученное таким образом электростатическое скрытое изображение затем проявляется с образованием тонирующего изображения с помощью проявочного устройства 107, которое расположено ниже по направлению вращательного движения фоточувствительного барабана 101 относительно местоположения освещения световым пучком 103 и находится в соприкосновении с фоточувствительным барабаном.
Тонирующее изображение, проявленное посредством проявочного устройства 107, переносится на лист бумаги (переводной материал) 112 посредством валика 108 для переноса изображения, который расположен ниже фоточувствительного барабана 101 и размещен напротив фоточувствительного барабана. Листы 112 бумаги находятся в кассете 109 для листов (на правой стороне фиг.18) перед фоточувствительным барабаном, но листы бумаги могут подаваться вручную. На конце кассеты 109 для листов имеются валики 110 для подачи листов, предназначенные для выведения листов 112 бумаги, находящихся в кассете 109, на траекторию перемещения.
Затем лист 112 бумаги, имеющий незакрепленное тонирующее изображение, нанесенное на него, передается к закрепляющему устройству (на левой стороне фиг.18), находящемуся после фоточувствительного барабана 101. Закрепляющее устройство включает в себя закрепляющий валик 113, имеющий закрепляющий нагревательный элемент (не показан), и прижимный валик 114, расположенный с возможностью формирования прижимного соприкосновения с закрепляющим валиком 113. Лист 112 бумаги, перемещенный из устройства нанесения изображения, нагревается при прижимном соприкосновении между закрепляющим валиком 113 и прижимным валиком 114, в результате чего незакрепленное тонирующее изображение на листе 112 бумаги закрепляется на нем. После закрепляющего валика 113 расположены валики 116 для вывода бумаги, и их функция заключается в выведении листа 112 бумаги с закрепленным изображением наружу из устройства формирования изображения.
Хотя это и не показано на фиг.18, на контроллер 111 принтера возложена не только функция преобразования данных, описанная выше, но также и функция управления узлами, например двигателем 115 внутри устройства формирования изображения и двигателем многогранного зеркала внутри оптического сканирующего устройства, который будет описан ниже.
[Устройство формирования цветного изображения]
На фиг.19 представлен схематичный вид основной части устройства формирования цветного изображения согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Этот вариант осуществления относится к устройству формирования цветного изображения тандемного типа, в котором для записи графической информации на фоточувствительных барабанах (несущих изображения элементах) четыре оптических сканирующих устройства расположены параллельно друг за другом. На фиг.19 под номером 60 обозначено устройство формирования цветного изображения. Номерами 11, 12, 13 и 14 обозначены оптические сканирующие устройства, имеющие такую структуру, какая описана со ссылками на первый или второй вариант осуществления настоящего изобретения. Номерами 21, 22, 23 и 24 обозначены фоточувствительные барабаны или несущие изображение элементы, а номерами 31, 32, 33 и 34 обозначены проявочные устройства. Номером 51 обозначен ленточный конвейер.
На фиг.19 на устройство 60 формирования цветного изображения поступают входные сигналы цветности, R (красный), G (зеленый) и В (голубой), из внешнего оборудования 52, например из персонального компьютера или подобного устройства. Эти сигналы цветности в устройстве формирования цветного изображения преобразуются контроллером 53 принтера в видеоданные (точечные данные), соответствующие С (светло-голубому), М (пурпурному), Y (желтому) и В (черному) цветам. Затем эти видеоданные подаются на оптические сканирующие устройства 11, 12, 13 и 14 соответственно. После этого в оптических сканирующих устройствах формируются световые пучки 41, 42, 43 и 44, модулированные соответствующими видеоданными, вследствие чего фоточувствительные барабаны 21, 22, 23 и 24 оптически сканируются этими световыми пучками в направлении основного сканирования.
Устройство формирования цветного изображения указанного варианта осуществления имеет четыре оптических сканирующих устройства 11-14 для осуществления параллельной записи сигналов изображения (графической информации) на поверхности фоточувствительных барабанов 21, 22, 23 и 24 в соответствии с четырьмя цветами, С (светло-голубым), М (пурпурным), Y (желтым) и В (черным). Поэтому цветное изображение может быть напечатано с высокой скоростью.
Как описывалось выше, устройство формирования цветного изображения согласно указанному варианту осуществления изобретения включает в себя четыре оптических сканирующих устройства 11-14 для формирования скрытых изображений соответствующих цветов на поверхностях соответствующих фоточувствительных барабанов 21-24 путем использования световых пучков, которые основаны на соответствующих видеоданных. После этого эти изображения с наложением переносятся на регистрирующий материал, в результате чего обеспечивается одно многоцветное изображение.
Что касается внешнего оборудования 52, то в качестве него можно использовать, например, устройство считывания цветного изображения, имеющее чувствительный элемент на основе устройства с зарядовой связью. В этом случае устройство считывания цветного изображения и устройство формирования цветного изображения в сочетании образуют цифровую цветную копировальную машину.
В соответствии с вариантами осуществления изобретения, описанными выше, по меньшей мере, одна поверхность сканирующего оптического элемента, составляющего сканирующую оптическую систему, образована в виде поверхности с изменяющейся степенью сагиттальной асферичности, при этом степень сагиттальной асферичности изменяется в меридиональном направлении. Это обеспечивает совпадение характеристик оптического сканирующего устройства и устройства формирования изображения, в результате чего искривление линий сканирования может быть существенно уменьшено.
Кроме того, когда устройство формирования цветного изображения содержит множество оптических сканирующих устройств, описанных выше, то благодаря улучшенной планировке световых путей или изменению расположения возвратных зеркал можно получить устройство формирования цветного изображения с уменьшенным числом возвратных зеркал или с более простой и компактной конструкцией.
В настоящем изобретении реализовано оптическое сканирующее устройство или устройство формирования изображения с его использованием, структура которого описана выше, при этом в сканирующей оптической системе свет падает наклонно на плоскость, перпендикулярную к оси вращения отклоняющего устройства, а за счет исправления сферической аберрации в направлении дополнительного сканирования в пределах определенной области в направлении дополнительного сканирования свет безусловно может быть отображен на оптической оси сканирующего оптического элемента независимо от угла наклонного падения, поскольку он находится в области исправленной сферической аберрации; благодаря исправлению сферической аберрации в направлении дополнительного сканирования в пределах диапазона эффективного сканирования в направлении основного сканирования искривление линий сканирования может быть уменьшено.
Кроме того, в настоящем изобретении реализованы оптическое сканирующее устройство с простой структурой и устройство формирования изображения с его использованием, посредством чего оптический сканирующий элемент является взаимозаменяемым в различных устройствах формирования изобретения.
В настоящем изобретении реализовано оптическое сканирующее устройство с простой структурой и устройство формирования изображения с его использованием, в которых сканирующая оптическая система снабжена одним сканирующим оптическим элементом, имеющим анаморфическую поверхность, и в котором одна поверхность сканирующего оптического элемента снабжена асферической поверхностью в плоскости сечения основного сканирования, в результате чего искривление линий сканирования может быть уменьшено.
Хотя изобретение было описано со ссылками на структуры, раскрытые в данной заявке, оно не ограничено изложенными подробностями, и предполагается, что эта заявка охватывает модификации или изменения, которые могут быть выполнены с целью усовершенствований, или находящиеся в рамках нижеследующей формулы изобретения.
Сканирующее устройство содержит источник излучения света, отклоняющее устройство и оптическую систему формирования изображения, включающую оптический элемент формирования изображения, расположенный так, что применительно к направлению дополнительного сканирования главный луч отклоненного светового пучка проходит участок помимо оптической оси. В первом варианте оптический элемент имеет поверхность с изменяющейся степенью сагиттальной асферичности, которая изменяется вдоль направления основного сканирования указанного оптического элемента. В диапазоне эффективного сканирования поверхности величина сдвига местоположения падающего светового пучка в направлении дополнительного сканирования выполнена одинаковой. Во втором варианте сканирующего устройства оптический элемент выполнен так, что на поверхности сканирования местоположения изображений двух световых пучков, наклонно падающих на плоскость, перпендикулярную к оси вращения указанного отклоняющего устройства, под углами γ и γ' (0≠γ<γ'), почти совпадают друг с другом. Обеспечивается уменьшение искривления линии сканирования или стабильное поддержание небольшого смещения. 8 н. и 25 з.п. ф-лы, 30 ил.
γ<γ') наклонного падения соответственно, почти совпадают друг с другом.
| US 6330524 В1, 11.12.2001 | |||
| ЕР 0730182 A1, 04.09.1996 | |||
| Конденсатоотводчик | 1985 |
|
SU1265434A1 |
| US 5343325 А, 30.08.1994 | |||
| ОПТИЧЕСКИЙ СКАНИРУЮЩИЙ БЛОК | 1986 |
|
RU2037860C1 |
