CN101216604A - 利用旋转光栅产生激光扫描线及其扫描线校正技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用旋转光栅产生激光扫描线及其扫描线校正技术，其校正技术将全息旋转光栅磁盘安装在旋转物上，使用激光波长“Landa”和第一入射角来产生激光扫描线，激光束穿过全息旋转光栅磁盘后，激光束从下方磁盘射出；在这个全息旋转光栅磁盘激光束偏转斑点区域的下方，安装反射镜反射激光束，使激光束以第二入射角作为初始激光入射角全部重新定向到全息旋转光栅磁盘；在第二次离开全息旋转光栅磁盘后，使用初始扫描磁盘和棱镜组合，重定向光束。本发明可以实现将点光源转变成激光线性条纹，并可实现弓形和摆动的最小化，减少元件，得到更好的性能。通过使用全息装置和其自身的补偿，可以显著的降低成本和提高质量。

Description

利用旋转光栅产生激光扫描线及其扫描线校正技术

技术领域

本发明涉及一种激光扫描技术，具体讲是涉及一种将旋转光栅安装在旋转物上，当旋转物与旋转光栅一起旋转时，固定点光源穿过旋转光栅的偏转光几何地产生扫描线，并能更好地校正激光线扫描的光斑均匀性、线性和摆动校正的利用旋转光栅产生激光扫描线及其扫描线校正技术。

背景技术

随着科学技术的发展，在工业应用中使用全息旋转装置的精确扫描线变得日益重要。例如美国专利号为3953105、5369526的专利，在这些装置中使用相干激光穿过旋转的电机轴与重新定向到焦点位置点的全息扫描磁盘的技术。

还有几个专利，例如Heiling的美国专利号为4094576的专利，其使用固化元件圆柱镜，Goshima的专利号为4121883的专利使用多光装置来扫描。

Kay的专利号为4428643的专利为激光波长的变化提供补偿。他使用几何装置，包括光栅间距，其讨论了入射角，并指导为光扫描的波长变化提供补偿。

在背景技术的专利文献中，Kramer在专利号为4289371的专利中使用波长/光栅间距在1到1.618之间的计划光栅来产生扫描线，但是不能产生理想的扫描线，理论上存在0.0016英尺的弓形，即大约40um以上的弓形，并且这也不是理想的摆动校正。从实验数据可知，实际的弓形在75um到100um之间。这在激光扫描中是无法接受的大的误差。

为了解决上述误差，Kramer建议了一种倾斜镜头，其采用全息扫描装置来产生激光扫描光斑，他将倾斜镜头的光轴用作无轴的光轴使扫描线弯曲。这种装置没有显示上述校正的实际数据。由于倾斜光学元件导致的光畸变，所以其增加了系统设计的复杂性并且显著的增加了系统成本。

Kramer的上述两个专利中并没有解决弓形问题和倾斜镜头造成的光畸变，其不适合光学应用。然后在专利号为4973112的专利中，他使用光栅和棱镜试图改正上述问题，通过辅助光栅来减小弓形。Kramer建议辅助平面光栅与放大弓形的棱镜组合使用，由辅助光栅来补偿旋转光栅和棱镜的弓形。由于放大的弓形又被辅助光栅减小，因此并未真正校正弓形，因此没有理由认为其在申请中是可用的。

Chiang的美国专利号为5369626的专利将扫描线的弓形显著地减小到1/600的弓形。该装置通过旋转光栅产生的激光束和通过使用棱镜平面结合光栅产生的弓形可以补偿弓形摆动。顶角的范围为1度到30度，光栅间距从0.0001到0.001毫米，这在工业中是有益的。但是该专利的装置需要两个光栅，一个为旋转光栅，一个在棱镜表面产生第二补偿光栅。这并没有使系统制造百分之百的简化，当安装这两个光栅时，要求这两个光轴彼此对准以实现该设计的价值。因此其生产和装配过程仍然比较复杂。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种利用旋转光栅装配在旋转物上，使固定点光源穿过旋转光栅的偏转光几何地产生扫描线的利用旋转光栅产生激光扫描线的技术。

本发明的另一个目的在于提供一种能更好地校正激光线扫描的光斑均匀性、线性和摆动校正的激光扫描线校正技术。为减小弓形，上述校正并不依赖于导致光畸变的倾斜镜头，光畸变将增加系统的复杂性和生产成本；可以容易实现最小摆动、较小扫描误差，易于生产和装配成本低廉的全息装置。

为实现上述发明目的，本发明是采用以下的技术方案来实现的：

一种利用旋转光栅产生激光扫描线的技术，其特征在于将全息旋转光栅磁盘装配在旋转物上，固定点光源位于上述全息旋转光栅磁盘的上方，旋转物转动，带动全息旋转光栅磁盘转动，固定点光源穿过全息旋转光栅磁盘的偏转光将几何地产生扫描线。

又，一种激光扫描的扫描线校正技术，其特征在于将全息旋转光栅磁盘安装在旋转物上，使用激光波长“Landa”和第一入射角来产生激光扫描线，激光束穿过全息旋转光栅磁盘后，激光束从下方磁盘射出；在这个全息旋转光栅磁盘激光束偏转斑点区域的下方，安装反射镜反射激光束，使激光束以第二入射角作为初始激光入射角全部重新定向到全息旋转光栅磁盘，使用其自身的反方向光束成为补偿光栅，其不需要对准光栅的光轴，这可以显著地反转和补偿扫描弓形和摆动；在第二次离开全息旋转光栅磁盘后，使用初始扫描磁盘和棱镜组合，重定向光束。这样激光扫描线的弓形可以小于1/1500，全息旋转光栅可以同时实现两种功能，其产生旋转扫描线和在反射镜上自动校正扫描误差，所述的扫描误差包括扫描弓形、摆动和扫描线性误差，其不用在初始棱镜上加另外的第二元件；除了实现上述功能，其还可以使用同一个旋转光栅而不需要棱镜表面的新的光栅，因此不需要额外装配和额外成本，可以同时很好的实现良好的扫描功能和校正所有扫描误差。

前述的激光扫描的扫描线校正技术，其特征在于在所述的棱镜表面上可以设置光栅。

前述的激光扫描的扫描线校正技术，其特征在于所述的棱镜顶角可以为任何角度。

前述的激光扫描的扫描线校正技术，其特征在于所述的全息旋转光栅磁盘，其上的光栅间距可以使用相同的旋转光栅间距。

前述的激光扫描的扫描线校正技术，其特征在于所述的光栅间距可以变化，随激光波长、激光入射角和偏转角而变化。

前述的激光扫描的扫描线校正技术，其特征在于所述的全息旋转光栅磁盘的校正系数为50倍，所述的棱镜的校正系数为30倍，其组合校正系数为1500倍。

本发明的有益效果是：本新发明可以实现弓形和摆动的最小化，减少元件，得到更好的性能。通过使用全息装置和其自身的补偿，可以显著的降低成本和提高质量。同时，激光在反射入光栅时，不只校正曲线，也可同时大大的降低旋转物所造成的误差，可大幅降低旋转物的制造精密度要求，降低了生产成本。

附图说明

图1是本发明利用旋转光栅产生激光扫描线的示意图；

图2是本发明的激光扫描的扫描线校正技术的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作具体的介绍如下：

图1是本发明利用旋转光栅产生激光扫描线的示意图。如图所示，将全息旋转光栅磁盘2装配在旋转物11上，固定点光源5位于上述全息旋转光栅磁盘2的上方，旋转物11转动，带动全息旋转光栅磁盘2转动，固定点光源5穿过全息旋转光栅磁盘2的偏转光将几何地产生扫描线AB。利用旋转光栅可以使电光源变成线性激光条纹，以实现扫描。

图2是本发明的激光扫描的扫描线校正技术的示意图，不包括校正完成设置。当全息旋转光栅磁盘旋转时，其产生弓形扫描线，在激光偏转光束透过全息部分反射回来后，弓形和摆动可以显著减小。

如图所示，图中全息旋转光栅磁盘2以中轴1旋转，视准激光束4以第一入射角进入并穿过旋转光栅3，激光束经反射镜7发射后形成偏转光束6，偏转光束6以第二入射角再次进入旋转光栅3，穿过旋转光栅3之后形成再一次的偏转光束8，再一次的偏转光束8的摆动和弓形都显著地被校正。

再一次的偏转光束8经棱镜9偏转形成第二种视准激光束13，第二种视准激光束13经初始扫描磁盘10后形成第三种视准激光束12，视准激光束13被100％校正。棱镜顶角可以为任何角度。光栅3间距可以使用相同的旋转光栅间距。

由扫描镜头聚焦形成没有弓形和摆动校正的激光束。本发明尤其适用于各种激光打印机用途的产品，无论是黑白或彩色激光打印机，成本低，精确度高。由于本发明没有摆动和弓形校正，在光学系统中可以使用低成本的扫描电机和球面镜头来设计和制造。

针对本发明，我们使用150mm直径的全息旋转光栅磁盘，5个光栅组件，第一入射角30度和偏转角30度。因此我们使用波长为632.8nm，543.8nm，488nm，405nm所有波长的试验工作。这意味着旋转光栅间距可以为632.8nm，543.8nm，488nm，405nm，其跟随一对儿扫描入射角和偏转角以及波长的变化，这对于系统设计来说是非常灵活的参数。在实际的激光扫描长度为457mm的系统中，我们可以实现低于15um的弓形和无摆动系统，我们已经打印2540dpi。

整个扫描长度的光斑非常统一。上述精良的性能比其他竞争者专利的性能都优越。通过使用同一片旋转光栅，还可以简化现有的两个光栅，不需要光轴对准，因此简化了装配过程以及不需要对准就能实现最好的性能。

旋转光栅3成为加到棱镜9上的辅助补偿光栅，旋转光栅的校正系数为50倍，棱镜9的为30倍，二者组合的校正系数变为1500。其比传统的激光扫描装置精确的多。

产生扫描线并自身作为校正光栅的旋转光栅与棱镜的组合可以显著提高光学性能和减少制造成本。

本发明所选激光的波长旋转光栅可以为任何数量，只要激光束穿过棱镜时不会变成内部反射，激光入射角和偏角，棱镜的顶角可以是所有的角度。

以上已以较佳实施例公布本发明如上，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.利用旋转光栅产生激光扫描线的技术，其特征在于将全息旋转光栅磁盘装配在旋转物上，固定点光源位于上述全息旋转光栅磁盘的上方，旋转物转动，带动全息旋转光栅磁盘转动，固定点光源穿过全息旋转光栅磁盘的偏转光将几何地产生扫描线。

2.激光扫描的扫描线校正技术，其特征在于将全息旋转光栅磁盘安装在旋转物上，使用激光波长“Landa”和第一入射角来产生激光扫描线，激光束穿过全息旋转光栅磁盘后，激光束从下方磁盘射出；在这个全息旋转光栅磁盘激光束偏转斑点区域的下方，安装反射镜反射激光束，使激光束以第二入射角作为初始激光入射角全部重新定向到全息旋转光栅磁盘；在第二次离开全息旋转光栅磁盘后，使用初始扫描磁盘和棱镜组合，重定向光束。

3.根据权利要求2所述的激光扫描的扫描线校正技术，其特征在于在所述的棱镜表面上可以设置光栅。

4.根据权利要求2或3所述的激光扫描的扫描线校正技术，其特征在于所述的棱镜顶角可以为任何角度。

5.根据权利要求2或3所述的激光扫描的扫描线校正技术，其特征在于所述的全息旋转光栅磁盘，其上的光栅间距可以使用相同的旋转光栅间距。

6.根据权利要求5所述的激光扫描的扫描线校正技术，其特征在于所述的光栅间距可以变化，随激光波长、激光入射角和偏转角而变化。

7.根据权利要求2所述的激光扫描的扫描线校正技术，其特征在于所述的全息旋转光栅磁盘的校正系数为50倍，所述的棱镜的校正系数为30倍，其组合校正系数为1500倍。

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