CN100510838C - 光扫描系统和采用该光扫描系统的成像设备 - Google Patents

Abstract

提供一种光扫描系统，该光扫描系统包括：光源单元，用于发射光；和光偏转器，具有正弦摆动偏转面，用于偏转并扫描从光源单元发出的光。当所述偏转面被布置为将光引导向扫描范围的中心时，所述偏转面的最大偏转角Φ₀满足20°≤Φ₀≤25°。

Description

光扫描系统和采用该光扫描系统的成像设备

本申请要求于2005年10月14日在韩国知识产权局提交的第10-2005-0096965号韩国专利申请的利益，该申请公开于此以资参考。

技术领域

本发明涉及一种光扫描系统和一种采用该光扫描系统的成像设备。更具体地讲，本发明涉及一种具有正弦摆动偏转面的光扫描系统和一种利用该光扫描系统的成像设备。

背景技术

诸如激光扫描单元(LSU)的光扫描系统被应用于将图像印制在纸上的成像设备，如复印机、打印机或传真机。光扫描系统利用视频信号，通过将从诸如半导体激光器的光源发出的光扫描到成像设备的感光介质上来形成静电潜像。通过将形成在所述感光介质上的静电潜像转印到诸如纸张的介质上来生成图像。

光扫描系统包括光偏转器，所述光偏转器以恒定速度扫描从激光光源发出的激光束。

通常，光扫描系统采用旋转式多边形反射镜作为光偏转器，其通过旋转并反射激光束来以恒定的线速度水平扫描入射激光束。f-θ透镜被用作成像透镜，以便所述旋转式多边形反射镜可以以恒定的速度将光扫描到感光介质上，例如扫描到成像设备的感光鼓的表面上。

然而，由于需要旋转式多边形反射镜以及用于使所述旋转式多边形反射镜旋转的电机，所以光扫描系统的尺寸增加，并且光扫描系统易于受到振动和噪声的影响。

已尝试使用正弦摆动光偏转器作为光偏转器。

第开平9-33843号日本专利公开公报(1997年2月7日公布)公开了一种包括正弦摆动光偏转器的光扫描系统。由所述正弦摆动光偏转器反射并入射到成像透镜上的光的角度依照三角函数随时间变化。

因此，在这种情况下，f-arcsin θ透镜被用作成像透镜。

采用所述正弦摆动光偏转器的光扫描系统的优点在于：功率消耗低、光偏转器结构紧凑、没有金属疲劳，耐久性好。然而，用作成像透镜的f-arcsinθ透镜的结构复杂，从而阻碍了系统小型化和成本降低。

因此，需要一种具有改进的正弦摆动光偏转器的光扫描系统。

发明内容

本发明的示例性实施例提供一种在不使用f-arcsin θ透镜作为成像透镜的情况下使用正弦摆动光偏转器的光扫描系统以及采用该光扫描系统的成像设备。

根据本发明的一方面，提供一种光扫描系统，其包括：光源单元，用于发射光；和光偏转器，具有正弦摆动偏转面，用于偏转并扫描从光源单元发出的光。当所述偏转面被布置为将光引导向扫描范围的中心时，所述偏转面的最大偏转角Φ₀满足20°≤Φ₀≤25°。

所述光扫描系统还可包括聚焦透镜系统，所述聚焦透镜系统包括至少一个透镜，用于将由所述光偏转器偏转和扫描的光聚焦到将被扫描的表面上。

所述光偏转器的偏转面与所述聚焦透镜系统之间的距离可以在所述偏转面与将被扫描的表面之间的距离的10％范围内。

所述聚焦透镜系统可关于光轴旋转对称。

所述的光扫描系统还可包括布置在所述光源单元和所述偏转面之间的用于聚焦光的聚焦透镜系统，其中，物镜后扫描被执行。

所述光偏转器可包括正弦摆动微电子机械系统(MEMS)装置。

相对于扫描范围的中心的最大扫描角度θ₀可满足θ₀≤1.5Φ₀。

根据本发明的另一方面，提供一种成像设备，其包括：扫描光的光扫描系统；和感光介质，利用由所述光扫描系统扫描的光在所述感光介质上形成静电潜像。

通过下面结合附图公开了本发明示例性实施例的详细描述，本发明的其他目的、优点和突出特点将变得明显。

附图说明

通过参照附图对本发明示例性实施例进行详细描述，本发明的上述和其他特点和优点将变得明显，其中：

图1是示出根据本发明示例性实施例的光扫描系统的光学布置的俯视图；

图2是示出正弦摆动偏转面的最大偏转角和扫描角度的示图；

图3A是示出由正弦摆动偏转面反射的光的扫描角度以正弦方式随时间变化的角度对时间的曲线图；

图3B是示出由正弦摆动偏转面进行扫描的光的正弦分量、正切分量和线性分量的像高对时间的曲线图；

图4是示出当偏转面以22.5°的最大偏转角Φ₀正弦摆动时的像高对时间的曲线图，所述像高对时间的曲线图在与约70％对应的时间间隔内是线性的；

图5A是示出当偏转面以20°的最大偏转角Φ₀正弦摆动时的像高对时间的曲线图，所述像高对时间的曲线图在与约60％对应的时间间隔内是线性的；

图5B是示出当偏转面以25°的最大偏转角Φ₀正弦摆动时的像高对时间的曲线图，所述像高对时间的曲线图在与约80％对应的时间间隔内是线性的；

图6是示出由布置在光偏转器和将被扫描的表面之间的聚焦透镜系统50聚焦的光的光路的俯视图；

图7是示出根据本发明另一示例性实施例的光扫描系统的光学布置的俯视图，其中，聚焦透镜系统布置在光源单元和光偏转器之间，并且物镜后扫描被执行。

贯穿附图，相同的标号将被理解为表示相同的部件、组件和结构。

具体实施方式

参照附图更充分地描述本发明，本发明的示例性实施例示出于附图中。

图1是示出根据本发明示例性实施例的光扫描系统的光学布置的俯视图。

参照图1，所述光扫描系统包括：发射光的光源单元10和使从光源单元10发出的光偏转的光偏转器30。所述光扫描系统还可包括：聚焦透镜系统50，用于将光偏转器30所偏转的光聚焦到将被扫描的表面上。

光源单元10可包括发射光的光源11和对从光源11发出的光进行准直的准直透镜13。

光源11被调制为选择性地将光仅发射到成像设备的感光介质1的将形成静电潜像的部分。光源11可以是半导体激光器。光源11可以是发射单个光束的单光源，或者包括发射多个光束的多个光源11。

光偏转器30沿感光介质1的主扫描方向偏转并扫描从光源11发出的光束。

光偏转器30通过使偏转镜31正弦摆动来使从光源11发射到偏转镜31的偏转面31a的光束沿感光介质1的主扫描方向偏转并扫描。光偏转器30可以是正弦摆动微电子机械系统(MEMS)装置。用作光偏转器30的MEMS装置包括微镜以及使微镜正弦摆动的驱动单元(未示出)。所述微镜是偏转镜31，所述微镜的表面是偏转面31a。当偏转镜31正弦摆动时，偏转面31a也正弦摆动。

图2是示出正弦摆动偏转面31a的最大偏转角和扫描角度的示图。参照图2，l表示位于扫描范围的中心的中心轴，由实线表示的偏转镜31具有偏转面31a，偏转面31a被布置为将光引导向扫描范围的中心。扫描范围的中心对应于当光沿主扫描方向被扫描到将被扫描的表面上时所形成的有效扫描线宽的中心，例如感光介质1的有效感光区域的中心。

当光偏转器30的偏转面31a被布置为将光引导向扫描范围的中心时，偏转面31a的最大偏转角Φ₀可满足：

20°≤Φ₀≤25°              ...(1)。

当最大偏转角为Φ₀时，由于偏转面31a在-Φ₀至+Φ₀的范围内周期性地正弦摆动，所以光偏转器30的偏转面31a的最大偏转角的总的范围变为2Φ₀。

当光偏转面31a被布置为将这样偏转并扫描的光引导向图2中的位于扫描范围的中心的中心轴l，并且光以角度A入射在光偏转面31a上时，偏转面31a将光以角度A反射向中心轴l。因此，入射光和反射光(偏转的光)的总的角度范围为2A。

当偏转面31a转动Φ₀时，光以角度A-Φ₀入射在偏转面31a上，从而入射光和反射光的总的角度范围为2(A-Φ₀)。

假设当偏转面31a被布置为将光反射并引导向位于扫描范围的中心的中心轴l时，所述光的中心光为第一光；当偏转面31a转动Φ₀以反射光时，所述光的中心光为第二光。第一光和第二光之间的角度为2A-2(A-Φ₀)＝2Φ₀。

即，当偏转面31a转动Φ₀时，光在扫描角度范围2Φ₀内扫描。由于当偏转面31a被布置为将光引导向扫描范围的中心时，偏转面31a在+Φ₀至-Φ₀的范围内正弦摆动，因此光在-2Φ₀至+2Φ₀，即4Φ₀的总的扫描角度范围内扫描。

在本示例性实施例的光扫描系统以及采用该光扫描系统的成像设备中，当聚焦在将被扫描的表面上的光相对于位于扫描范围的中心的中心光轴l的有效最大扫描角度为θ₀时，所述最大扫描角度θ₀可满足：

θ₀≤1.5Φ₀　　　　　　　　...(2)

由于当偏转面31a被布置为将光引导向扫描范围的中心时，偏转面31a在+Φ₀至-Φ₀的范围内正弦摆动，所以聚焦到将被扫描的表面上的光的最大扫描角度的总的范围为2θ₀。

由于以下原因，偏转面31a的最大偏转角Φ₀应当满足不等式1，最大扫描角度θ₀应当满足不等式2。

众所周知，由正弦摆动的偏转面31a反射的光的扫描角度θ由如下的时间的正弦函数给出。

θ＝sin ωt　　　　　　　　　　　...(3)

以所述正弦函数所给出的扫描角度进行扫描的光的主光到达与光轴垂直的将被扫描的表面时的像高由正切函数给出。因此，当由正弦摆动偏转面31a反射的光的主光到达与光轴垂直的将被扫描的表面时，如果偏转面31a和将被扫描的表面之间的距离为f，则像高可由下面的等式给出：

y＝f tan(sin ωt)　　　　　　　...(4)

如图3B中所示，随着像高增加，如图3A中所示的正弦分量的宽度减小，而随着像高增加，正切分量的宽度增加。因此，当正弦摆动偏转面31a的最大偏转角变为预定角度时，所述正弦分量和正切分量彼此补偿，从而在特定时间间隔内获得线性。

图3B是由正弦摆动偏转面31a扫描的光的正弦、正切和线性分量的像高对时间的曲线图。当正弦摆动偏转面31a的最大偏转角在预定范围内时，正弦分量和正切分量彼此补偿，从而在特定时间间隔内获得线性。

图4是示出当偏转面31a以22.5°的最大偏转角Φ₀(即45°的扫描角度2Φ₀)正弦摆动时的像高对时间的曲线图，所述像高对时间的曲线图在与约70％对应的时间间隔内是线性的。

如表1中所示，在所述时间间隔内线性误差约为±1.7％。

表1

 

时间(t)	-7	-6.3	-5.6	-4.9	-4.2	-3.5	-2.8	-2.1	-1.4	-0.7	0
												线性误差	-1.7	-0.03	0.998	1.528	1.702	1.648	1.469	1.25	1.052	0.917	-1.7

 

时间(t)	0.7	1.4	2.1	2.8	3.5	4.2	4.9	5.6	6.3	7
											线性误差误差	0.917	1.052	1.25	1.469	1.648	1.702	1.528	0.998	-0.03	-1.7

图5A是示出当偏转面31a以20°的最大偏转角Φ₀正弦摆动时的像高对时间的曲线图，所述像高对时间的曲线图在与约60％对应的时间间隔内是线性的。图5B是示出当偏转面31a以25°的最大偏转角Φ₀正弦摆动时的像高对时间的曲线图，所述像高对时间的曲线图在与约80％对应的时间间隔内是线性的。当最大偏转角Φ₀满足不等式1时，像高对时间的曲线图在大于约60％的时间间隔内是线性的。对于像高对时间的曲线图在其间为线性的时间间隔比例大于80％或小于60％情况下的本示例性实施例的光扫描系统，最大偏转角Φ₀不必满足不等式1。

当通过以这样的方式在特定范围内使偏转面31a以最大偏转角正弦摆动来扫描光时，主光在将被扫描的表面上是线性的，从而不必在偏转面31a和将被扫描的表面之间布置f-arcsin θ透镜，并且保证了将被扫描的表面上的像高的线性。

因此，以不等式1限制偏转面31a的最大偏转角的本示例性实施例的光扫描系统可使用正弦摆动光偏转器30，而不使用f-arcsin θ透镜作为成像透镜。

同时，本示例性实施例的光扫描系统还包括聚焦透镜系统50，所述聚焦透镜系统50将通过正弦摆动光偏转器30偏转和扫描的光聚焦到将被扫描的表面，即感光鼓1的感光面上。聚焦透镜系统50可包括单个透镜，或者包括两个或更多透镜。图1、图6和图7示出包括两个透镜的聚焦透镜系统50。

即使在本示例性实施例的光扫描系统包括主要功能在于对光偏转器30所扫描的光进行聚焦的聚焦透镜系统50时，本示例性实施例的光扫描系统仍可保证将被扫描的表面上的随时间的线性。

根据本发明示例性实施例的光扫描系统，具有聚焦透镜系统50和没有聚焦透镜系统50两种情况在扫描距离对时间比方面的差异在约±5％范围内。

图1示出聚焦透镜系统50布置在光偏转器30和将被扫描的表面之间。图6是示出由布置在光偏转器30和将被扫描的表面之间的聚焦透镜系统50聚焦的光的光路的平面图。由于布置在光偏转器30和将被扫描的表面之间的聚焦透镜系统50起聚焦光的功能，所以如图1和图6中所示，聚焦透镜系统50可布置为靠近光偏转器30。

例如，可这样布置聚焦透镜系统50，使得光偏转器30的偏转面31a与聚焦透镜系统50之间的距离在偏转面31a和将被扫描的表面之间的距离的10％范围内。因为可以减小偏转面31a与聚焦透镜系统50之间的距离，所以光扫描系统可以小型化，并且聚焦透镜系统50可以被构造为关于光轴旋转对称。关于光轴旋转对称的光学系统表示包括这样的透镜的光学系统：所述透镜的垂直于各透镜的中心的截面基本为圆形。

图7是示出根据本发明另一示例性实施例的光扫描系统的光学布置的平面图，其中，通过在光源单元10和偏转面31a之间布置用于聚焦光的聚焦透镜系统50来执行物镜后扫描(post-objective scanning)。

因为本示例性实施例的光扫描系统保证了将被扫描的表面上的线性，所以可通过在光源11和偏转面31a之间(而不是在偏转面31a和将被扫描的表面之间)布置具有与曲率场(field of curvature)对应的焦深的聚焦透镜系统50来执行物镜后扫描。

当如图7中所示聚焦透镜系统50布置在偏转面31a和光源11之间时，聚焦透镜系统50可以靠近偏转面31a。因此，由于光扫描系统的结构可以减小并且聚焦透镜系统50可为旋转对称，所以聚焦透镜系统50的尺寸可被减小，从而降低了加工和制造透镜的成本。

如上所述，正弦摆动光偏转器30的偏转面的最大偏转角被限制在可以保证将被扫描的表面上的像高的线性的范围内。因此，所述光扫描系统可以在不使用f-arcsin θ透镜的情况下使用正弦摆动光偏转器30。

尽管已参照本发明的示例性实施例具体地显示和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种形式和细节上的改变。

Claims (14)

1、一种光扫描系统，包括：

光源单元，用于发射光；和

光偏转器，具有正弦摆动偏转面，用于偏转并扫描从光源单元发出的光；

聚焦透镜系统，将光聚焦到将被扫描的表面上，

其中，当所述偏转面被布置为将光引导向扫描范围的中心时，所述偏转面的最大偏转角Φ₀满足20°≤Φ₀≤25°，

其中，相对于扫描范围的中心的最大扫描角度θ₀满足θ₀≤1.5Φ₀。

2、如权利要求1所述的光扫描系统，其中，所述聚焦透镜系统包括至少一个透镜，用于将由所述光偏转器偏转和扫描的光聚焦到将被扫描的表面上，并且所述聚焦透镜系统关于光轴旋转对称。

3、如权利要求2所述的光扫描系统，其中，所述光偏转器的偏转面与所述聚焦透镜系统之间的距离在所述偏转面与将被扫描的表面之间的距离的10％范围内。

4、如权利要求1所述的光扫描系统，还包括：聚焦透镜系统，所述聚焦透镜系统布置在所述光源单元和所述偏转面之间，用于聚焦光以进行物镜后扫描。

5、如权利要求1所述的光扫描系统，其中，所述光偏转器包括正弦摆动微电子机械系统装置。

6、如权利要求4所述的光扫描系统，其中，所述光偏转器的偏转面与所述聚焦透镜系统之间的距离在所述偏转面与将被扫描的表面之间的距离的10％范围内。

7、如权利要求4所述的光扫描系统，其中，所述聚焦透镜系统关于光轴旋转对称。

8、一种成像设备，包括：

光扫描系统，包括：

光源单元，用于发射光；

光偏转器，具有正弦摆动偏转面，用于偏转并扫描从光源单元发出的光；

聚焦透镜系统，将光聚焦到将被扫描的表面上，

其中，当所述偏转面被布置为将光引导向扫描范围的中心时，所述偏转面的最大偏转角Φ₀满足20°≤Φ₀≤25°，其中，相对于扫描范围的中心的最大扫描角度θ₀满足θ₀≤1.5Φ₀；和

感光介质，利用所述光扫描系统所扫描的光在所述感光介质上形成静电潜像。

9、如权利要求8所述的成像设备，其中，所述聚焦透镜系统包括至少一个透镜，用于将由所述光偏转器偏转和扫描的光聚焦到将被扫描的表面上，并且所述聚焦透镜系统关于光轴旋转对称。

10、如权利要求9所述的成像设备，其中，所述光偏转器的偏转面与所述聚焦透镜系统之间的距离在所述偏转面与将被扫描的表面之间的距离的10％范围内。

11、如权利要求8所述的成像设备，还包括：聚焦透镜系统，所述聚焦透镜系统布置在所述光源单元和所述偏转面之间，用于聚焦光以进行物镜后扫描。

12、如权利要求8所述的成像设备，其中，所述光偏转器包括正弦摆动微电子机械系统装置。

13、如权利要求11所述的成像设备，其中，所述光偏转器的偏转面与所述聚焦透镜系统之间的距离在所述偏转面与将被扫描的表面之间的距离的10％范围内。

14、如权利要求11所述的成像设备，其中，所述聚焦透镜系统关于光轴旋转对称。

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