CN101241229A - 光扫描单元及具有该单元的成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光扫描单元及具有该单元的成像装置。所述光扫描单元包括：光源，其发射预定波长的光束；光束偏转器，其向感光体偏转并扫描由该光源发射的光束；f－θ透镜，其具有至少一个塑料透镜并在感光体上形成与由光束偏转器偏转的光束对应的图像，该光扫描单元满足如下公式：0＜L_max－L_min≤[20×(cosθ)⁵+10]×λ/(5×10^－4)，其中L_max和L_min分别表示从至少一个塑料透镜的光轴取决于偏转角的总的光经过距离的最大值和最小值，θ为在由光源发射的光束的偏振方向和副扫描方向之间形成的角度，λ为该光源发射的光束的波长。

Description

光扫描单元及具有该单元的成像装置

技术领域

本发明涉及一种将从光源发射的光扫描在入射表面的光扫描单元及具有该单元的成像装置，特别是一种缩小由于入射光的偏振特性而产生的光量比差异和由塑料透镜的偏转角引起的透射率差异的光扫描单元及具有该单元的成像装置。

背景技术

通常，光扫描单元应用于如激光打印机、数字打印机和传真机等成像装置以及条形码读取器中。光扫描单元通过光束偏转器的主扫描和借助于感光体的旋转进行的副扫描在感光体上形成潜像。

图1示出2006年6月27日公开的美国专利No.7068406B2所公开的传统光扫描单元的光学装置。

如图1所示，该传统的光扫描单元包括发射光束的激光二极管1、偏转入射光以将由激光二极管1发射的光束扫描至感光体8上的多角镜5、以及校正包括在由多角镜5偏转的光束中的误差的f-θ透镜6和7。准直透镜2、光阑3和柱面透镜4设置在激光二极管1和多角镜5之间的光路上。准直透镜2聚焦由激光二极管1发射的光，柱面透镜4对光束整形。

该光扫描单元使用发射大约500nm或更短波长的短波长光束的激光二极管，以缩小扫描光束的光斑尺寸。该光扫描单元使用至少一个塑料f-θ透镜，从而降低其生产成本。

这种情况下，光量可以根据在塑料透镜内的光吸收差异而改变。也就是说，根据相对于塑料透镜的光轴的偏转角，透射率由于不同的光束经过距离而改变，从而导致在主扫描方向上光量比的差异。因此，形成在感光体9上的潜像变得不均匀。

为解决这样的问题，传统的包括塑料的f-θ透镜的厚度设计成满足下面的公式1或公式2。

[公式1]

L₁-L₂＜10mm

L1和L2分别表示总光束经过距离的取决于相对至少一个塑料透镜的光轴的偏转角的最大值和最小值。

[公式2]

L₁-L₂＜3·log(0.93)/S

S＝log(1-3.55×10⁸/λ⁴)

这里，λ为由激光二极管1发射的的光束的波长。

光扫描单元包括塑料透镜，无论激光二极管1的旋转方向如何，该塑料透镜的L1和L2都设计满足公式1或2。

激光二极管1具有这样的特性，其发射取决于布置方向而变化的预定偏振光。根据激光二极管1发射的光的偏振特性，包括塑料f-θ透镜的透射率差异在主扫描方向上大约为10％。

如果不考虑激光二极管1的偏振特性，将大量产生误差并且由于塑料透镜的透射率差异导致光学设计的自由度产生畸变

发明内容

本发明提供一种采用短波长光源和至少一个塑料透镜来扫描光束的光扫描单元以及采用该光扫描单元的成像装置，其中即使入射光的偏振特性变化也可以减小由于塑料透镜内部吸收引起的光量偏差。

本发明的其他方面和应用部分将在随后的描述中阐述，部分从这些描述中，或者可以通过实施本发明而得知。

本发明前述和/或其它方面和效用可以通过提供一种可用于成像装置中的光扫描单元，该光扫描单元包括：光源，其发射预定波长的光束；光束偏转器，其向感光体偏转并扫描由所述光源发射的光束；f-θ透镜，其具有至少一个塑料透镜，并在感光体上形成与由所述光束偏转器偏转的光束对应的图像，所述光扫描单元满足如下公式：0＜L_max-L_min≤[20×(cosθ)⁵+10]×λ/(5×10^-4)，其中L_max和L_min分别表示根据相对至少一个塑料透镜光轴的偏转角的总的光经过距离的最大值和最小值，θ为在光源发射的光束的偏振方向和副扫描方向之间形成的角度，λ为所述光源发射的光束的波长。

所述光源可以发射波长为大约500nm或者更小的光束。

入射到所述f-θ透镜的光束的偏振比可以满足如下公式：0.5≤Bs/(Bp+Bs)≤1，其中Bs和Bp分别表示入射到f-θ透镜的光束之中的S偏振光束和P偏振光束。

本发明前述和/或其它方面和效用还可以通过提供一种成像装置来实现，该成像装置包括：感光体，在其上形成静电潜像；光扫描单元；显影装置，其在所述感光体上形成调色剂图像；转印单元，其将形成在所述感光体上的调色剂图像转印至打印介质；以及定影单元，其将转印的图像定影至打印介质，其中该光扫描单元包括：光源，其发射预定波长的光束；光束偏转器，其向感光体偏转并扫描由所述光源发射的光束；f-θ透镜，其具有至少一个塑料透镜，并在感光体上形成与由所述光束偏转器偏转的光束对应的图像，所述光扫描单元满足如下公式：0＜L_max-L_min≤[20×(cosθ)⁵+10]×λ/(5×10^-4)，其中L_max和L_min分别表示根据相对于至少一个塑料透镜的光轴的偏转角的总的光经过距离的最大值和最小值，θ为在光源发射的光束的偏振方向和副扫描方向之间形成的角度，λ为所述光源发射的光束的波长。

成像装置还可以包括设置在光源和光束偏转器之间以聚焦入射光的准直透镜，以及设置在光源和光束偏转器之间以整形入射光的柱面透镜。

本发明的前述和/或其它方面和效用还可以通过提供一种可用于成像装置的光扫描单元来实现，该光扫描单元包括光源，发射预定波长的光束；光束偏转器，偏转由该光源发射的光束；f-θ透镜，具有至少一个塑料透镜，以根据从至少一个塑料透镜的光轴根据偏转角的总的光经过距离的最大值和最小值、由光源发射的光束的偏振方向和副扫描方向之间形成的角度、以及由该光源发射的光束的波长，补偿偏转光束的中央与侧部之间的差异。

本发明的前述和/或其它方面和效用还可以通过提供一种成像装置来实现，该成像装置包括感光体；光扫描单元，发射预定波长的光束，向感光体偏转由该光源发射的光束以形成静电潜像，并根据从至少一个塑料透镜的光轴根据偏转角的总的光经过距离的最大值和最小值、由光源发射的光束的偏振方向和副扫描方向之间形成的角度、以及由该光源发射的光束的波长，补偿偏转光束的中央与侧部之间的差异；显影单元，在感光体上形成对应于静电潜像的调色剂图像；转印单元，将形成在感光体上的调色剂图像转印至打印介质；以及定影单元，将转印图像定影至打印介质。

附图说明

本发明的上述和/或其它的方面和效用由以下结合附图对示例性实施例的描述会变得明显并更容易理解：

图1为传统的光扫描单元的示意图；

图2为根据本发明示例性实施例的光扫描单元的示意图；v

图3为根据本发明另一个示例性实施例的光扫描单元的示意图；

图4为表示由光源的波长变化所引起的光吸收导致的损失的图表；

图5A、5B和5C表示取决于光源旋转角度的各种偏振特性；

图6为表示由于光源的不同旋转角度而引起的f-θ透镜的透射率差异的图表；以及

图7为示出根据本发明示例性实施例的成像装置的示意图。

具体实施方式

现在将详细说明本发明的实施例，其示例将示于附图中，其中同样的附图标记始终表示相同的原件。下面描述实施例，从而参考附图解释本发明。

如图2和图3所示，根据本发明示例性实施例的光扫描单元包括光源10，其发射预定波长的光束；光束偏转器30，其向感光体50偏转和扫描由光源10发射的光束；以及f-θ透镜40，其利用光束偏转器30扫描的光束在感光体50上成像。以下主扫描方向指感光体50的轴向，即，光束通过光束偏转器30被偏转的方向。副扫描方向表示感光体50的移动方向或垂直于主扫描方向的方向。

光源10可以发射大约500nm或更短的短波长光束。光源10可以包括发射预定偏振光的激光二极管。相比长波长光源，短波长光源可以缩小在感光体50上的扫描光束的光斑大小，以适用于高分辨率要求的打印机。

光束偏转器30在主扫描方向以预定偏转角将由光源10发射的光束偏转并扫描在感光体50上。根据本发明示例性实施例的光束偏转器30包括提供旋转力的驱动源，以及由驱动源31旋转驱动的多角镜35。多角镜35被旋转驱动，并在主扫描方向偏转并扫描发射的光束动源31。

光束偏转器30不局限于多角镜35。可替换的，光束偏转器30可以包括检流计反射镜、或通过衍射入射光束而偏转光束的全息盘设备。

根据本发明示例性实施例的光扫描单元还可以包括设置在光源10与光束偏转器30之间的光路中的准直透镜21和柱面透镜25。准直透镜21将由光源10发射的光束聚焦，柱面透镜25将由准直透镜21聚焦的光束整形。根据本发明示例性实施例的光扫描单元还在光源10和光束偏转器30之间的光路上包括控制入射光束孔径的光阑23。

考虑到生产成本和组装效率，f-θ透镜40包括至少一个塑料透镜。

如图2所示，根据本发明示例性实施例的f-θ透镜40可以包括单个塑料透镜41。塑料透镜41在光轴上的光束经过距离的最大值为L_max，其根据偏转角的最小值为L_min。L_max和L_min满足随后描述的公式3。

如图3所示，根据本发明另一个示例性实施例的f-θ透镜40可以包括第一和第二透镜43和45。f-θ透镜40的第一和第二透镜43和45可以分别为第一和第二塑料透镜。在光轴上，从第一塑料透镜43的光轴的光束经过距离最大值为L_max1，其根据偏转角的最小值为L_min1。在第二塑料透镜45的光轴上的光束经过距离最大值为L_max2，其根据偏转角的最小值为L_min2。第一和第二塑料透镜43和45中最大内部光束经过距离L_max为L_max1和L_max2之和。最小内部光束经过距离L_min为L_min1和L_min2之和。其中L_max和L_min满足公式3的条件。

F-θ透镜40的第一和第二透镜43和45中的一个可以包括塑料透镜。L_max和L_min由图2所示的f-θ透镜40规定。

如上所述，如果f-θ透镜40包括至少一个塑料透镜，并且发射的光束具有大约500nm或者更短的波长，则由于该塑料透镜内部的光吸收引起光损失。

图4为表示由塑料透镜中的树脂的波长改变所引起的光吸收导致的光损失的图表。

参见图2、3和4，用于实验的树脂为Zeon公司制造的Topaz和Zeonex，其包括乙烯基环烃聚合体。Topaz和Zeonex的厚度为10mm。发射至该树脂的光的波长范围为401nm到772nm。在500nm及以上的波长区域中由于光吸收引起的损失低于1.5％。然而，在短波长区域中损失急速增加至大约5％。如果光扫描单元使用发射短波长光束的光源10，由于塑料透镜吸收产生的光损失需要补偿。

光源10包括具有上述预定偏振特性的激光二极管。取决于光源10布置的偏振特性将参考图5A到C进行描述。

图5A到5C表示如果光源使用边缘发射型的激光二极管时的偏振特性。图5A和5B分别表示P偏振光和S偏振光。图5C表示激光二极管相对参考轴倾斜角度θ的示例。

参见图2-5C，光源10包括下包层10a、有源层10b和上包层10c。光束从有源层10b的横向侧发射。这里，从有源层10b发射的光束由于边缘发射型激光二极管的像散而具有椭圆截面。发射的光束至少95％线偏振。

如图5A所示，电场的偏振方向由双向箭头B表示。如果箭头B横对着(Y轴方向)光束偏转器30(图2所示)的入射表面，则其为P偏振。如果箭头B垂直于(X轴方向)其中的入射表面，则其为S偏振。图5C表示椭圆偏振，其以预定偏振比率由根据旋转角度θ确定的P偏振光和S偏振光合并组成。

图6为表示取决于光源10的旋转角度θ的f-θ透镜40的透射率差异。这里，如果旋转角度为0°、45°和90°(假设f-θ透镜40中心的透射率为1)，则横轴坐标可以是f-θ透镜40的长度方向，而纵轴坐标为f-θ透镜40在长度方向上的相对透射率。如图6所示，f-θ透镜40在长度方向上的透射率根据光源10的旋转角度θ而改变。因此，根据本发明示例性实施例的光扫描单元是考虑了光源10的布置来设置的。

根据本发明示例性实施例的光扫描单元满足公式3的条件，其中，考虑了根据f-θ透镜40的材料选择对由光吸收引起的光损失的补偿以及光源10的偏振特性。

[公式3]

0＜L_max-L_min≤[20×(cosθ)⁵+10]×λ/(5×10^-4)

其中，L_max和L_min分别表示至少一个塑料透镜的根据相对光轴的偏转角的总的光经过距离的最大值和最小值。θ为由光源10发射的光束的偏振方向和副扫描方向之间形成的角度，而λ为由光源10发射的光束的波长。

由光源10发射的光束的偏振比率满足公式4。

[公式4]

0.5≤B_S/(B_P+B_S)≤1

这里，Bs和Bp分别表示入射f-θ透镜40的S偏振光束和P偏振光束。Bp与Bs之和为1。如果偏振比率的范围如上设置，则只要满足公式3，f-θ透镜40中心的透射率减小就可以得到补偿。如果满足公式4，根据斯内耳(Snell)法则f-θ透镜40中央的透射率比其侧部的高。因此，由于包括塑料的f-θ透镜40的光吸收引起的f-θ透镜40中央透射率的减小可以得到补偿。

以下将描述当满足公式3和4的条件时，取决于光源10的不同偏振方向的透射率差异。

如上所述，形成在光源10的偏振方向和副扫描方向(即，+X轴)之间的倾斜角为θ。如果θ＝0°，从多角镜35的反射面看该发射的光束变成S偏振光。取决于偏振方向的透射率差异将参照图6来描述。f-θ透镜40侧部区域的透射率和中央区域相比大约减小8％。

如果满足公式3的条件，θ＝0°。如果λ＝400nm，L_max-L_min＜24nm。如果光源10的波长为400nm，并且如果L_max为20mm，则f-θ透镜40的中心区域和侧部区域的透射率差异大约为10％。也就是说，f-θ透镜40中央区域与侧部区域相比透射率减小大约11％。

当f-θ透镜40的透射率差异和内部光吸收增加时，f-θ透镜40中央的透射率大约比其侧部区域的透射率低大约3％。这样的结果会反映在形成于感光体50上的潜像上，潜像的中央比其侧部降低大约3％。

如果发射S偏振的光束，发射到f-θ透镜40的中央和侧部区域的光束的透射率差异可减小到大约3％以内。当L_max与L_min之差扩大为24mm时，光扫描单元的设计自由度可以得到改善。

如果θ＝90°，则从多角镜35的反射面看发射的光变成P偏振光。则，由于f-θ透镜40的透射率差异和内部光吸收的增大，所以由于内部光吸收引起的差异应该被最小化。因此，考虑到f-θ透镜40的设计自由度，L_max-L_min＜8mm。由L_max所引起的中央和侧部区域之间的透射率差异较小，大约4％。

如果θ＝90°，则当根据本发明的示例性实施例按照公式1和2的条件计算时，由于f-θ透镜40的内部光吸收引起的光量比差异的差值具有最大值10％。同时，根据本发明的示例性实施例的光扫描单元可以将差值显著减小到大约4％。

如图7所示，根据本发明示例性实施例的成像装置包括串联式彩色成像装置。该成像装置包括作为壳体或主体的机架110，以及设置在机架110内部的显影装置130、光扫描单元140、转印单元150和定影单元160。

机架110形成成像装置的外观。供应单元120可拆卸地设置于机架110中，在其中储存打印介质M。储存在供应单元120中的打印介质M由拾取辊125拾取，并通过移动路径在显影装置130和转印单元150之间传输。

显影装置130包括通过光扫描单元140所扫描的光束在其上形成静电潜像的感光体135。容纳在显影装置130中的调色剂显影在感光体135上，以在感光体135上形成调色剂图像。

显影装置130可以设置有多个，以通过采用一次成像(single pass)方法形成全色图象。图7具体示出四个显影装置130以分别实现黄色、品红、青色和黑色。

光140扫描光束以在多个感光体135上形成静电潜像。光扫描单元140具有多光束扫描结构，以同时将光束扫描到多个感光体135上。该光扫描单元140包括光源(未所示)；光束偏转器141，其偏转和扫描由光源发射的光束；以及f-θ透镜145，其将由光束偏转器141偏转的光束扫描在感光体135上并形成其图像。该光源可以包括具有多个光发射点的半导体元件的结构，或具有与各颜色对应的单个光发射点的半导体元件结构。光束偏转器141可以包括两个多角镜。各个多角镜在不同的路径偏转并扫描两束由光源发射的光束。f-θ透镜145设置在四条由光束偏转器141偏转并扫描的路径上。各个路径上具有单个透镜。因此，f-θ透镜145可以相对多个感光体135彼此独立地扫描光束。

光扫描单元140的结构基本上与如图2-6所示的根据本发明示例性实施例的光扫描单元的结构相同。因此，此处不再赘述。

转印单元150面向感光体135，其控制打印介质M通过两者间的移动路径移动，并将形成在感光体135上的调色剂图像转印至打印介质M上。转印单元150包括面向多个感光体135的转印带151和转印支承辊155。通过转印单元150转印至打印介质M上的图像由定影单元160定影。

定影单元160包括加热辊161、压力辊165和热源167。加热辊161的表面由热源产生的热加热，并被按压在压力辊165上，从而将转印的图像定影至M上。

根据本发明的光扫描单元具有满足公式3条件的光学结构，以改善由于对应于光源的光学设置的偏振特性和塑料f-θ透镜的偏转角产生的中央区域和侧部区域之间的透射率差异。根据本发明的光扫描单元可以在感光体上形成均匀的潜像而不受光源的偏振特性和f-θ透镜的光吸收的影响。如果在公式3中θ＝0°，则L_max和L_min之间的差值可以扩大至24mm，从而改善光扫描单元设计的自由度。

即使θ＝90°，公式3的条件，即L_max-L_min＜8mm，也可以满足。由L_max所引起的中央和侧部区域之间的差异可以为较小的值，大约4％，从而可以减小由于透射率差异引起的图像质量降低。

根据本发明的光扫描单元满足公式4的条件，并且依照斯内耳法则f-θ透镜的中央透射率比侧部区域透射率高。根据选择f-θ透镜的材料，光扫描单元可以补偿低于侧部区域透射率的中央区域透射率，从而缩小整体透镜的透射率差异。

根据本发明的成像装置使用如上所述的光扫描单元以提高分辨率，形成不受入射光偏振特性的影响、在扫描方向上中央区域与侧部区域之间的透射率差异大约为4％的均匀的图像，从而防止成像错误。因此，该成像装置也可以提高打印质量。

尽管已经描述并示出了本发明的一些示例性实施例，但是本领域技术人员可以理解，在不偏离本发明原理和精神的基础上，可以对这些实施例作出改变，其范围由所附权利要求和它们的等同替代限定。

Claims (12)

1.一种可用于成像装置中的光扫描单元，包括：

光源，其发射预定波长的光束；

光束偏转器，其向感光体偏转并扫描由所述光源发射的光束；

f-θ透镜，其具有至少一个塑料透镜，并在感光体上形成与由所述光束偏转器偏转的光束对应的图像，

所述光扫描单元满足如下公式：

0＜L_max-L_min≤[20×(cosθ)⁵+10]×λ/(5×10^-4)

其中L_max和L_min分别表示根据相对于至少一个塑料透镜的光轴的偏转角的总的光经过距离的最大值和最小值，θ为在光源发射的光束的偏振方向和副扫描方向之间形成的角度，λ为所述光源发射的光束的波长。

2.如权利要求1所述的光扫描单元，其中，所述光源发射波长为大约500nm或者更小的光束。

3.如权利要求2所述的光扫描单元，其中，入射到所述f-θ透镜的光束的偏振比满足如下公式：

0.5≤Bs/(Bp+Bs)≤1

其中Bs和Bp分别表示入射到f-θ透镜的光束之中的S偏振光束和P偏振光束。

4.如权利要求1-3中任意一个所述的光扫描单元，其中，

所述f-θ透镜包括设置在所述光束偏转器与感光体之间的两个透镜；并且

所述透镜中的至少一个包括塑料透镜。

5.如权利要求1-3中任意一个所述的光扫描单元，其中，所述f-θ透镜包括设置在所述光束偏转器与感光体之间的单个塑料透镜。

6.如权利要求1-3中任意一个所述的光扫描单元，其中，

所述光束偏转器包括提供旋转力的驱动源和由所述驱动源旋转驱动的多角镜，所述多角镜偏转并扫描由所述光源发射的光束。

7.如权利要求1-3中任意一个所述的光扫描单元，其中，还包括：

设置在所述光源和光束偏转器之间以聚焦入射光的准直透镜，以及设置在所述光源和光束偏转器之间以整形入射光的柱面透镜。

8.一种成像装置，包括：

感光体，在其上形成静电潜像；

如权利要求1到3中任意一个所述的光扫描单元；

显影装置，其在所述感光体上形成调色剂图像；

转印单元，其将形成在所述感光体上的调色剂图像转印至打印介质；以及

定影单元，其将转印的图像定影至打印介质。

9.如权利要求8所述的成像装置，其中，

所述f-θ透镜包括设置在所述光束偏转器与感光体之间的两个透镜；并且

所述透镜中的至少一个包括塑料透镜。

10.如权利要求8所述的成像装置，其中，所述f-θ透镜包括设置在所述光束偏转器与感光体之间的单个塑料透镜。

11.如权利要求8所述的成像装置，其中，所述光束偏转器包括提供旋转力的驱动源和由所述驱动源旋转驱动的多角镜，所述多角镜偏转并扫描由所述光源发射的光束。

12.如权利要求8所述的成像装置，其中，还包括：

设置在所述光源和光束偏转器之间以聚焦入射光的准直透镜，以及设置在所述光源和光束偏转器之间以整形入射光的柱面透镜。

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