CN103620506B - 光学扫描装置、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种光学扫描装置、光学扫描的系统和方法，其独立地确定照明斑大小和间隔。该装置包括提供多个光束的光发射器的阵列以及接收光束的多个微透镜。微透镜以基本上是一的阵列放大率来形成该阵列的中间图像。该装置进一步包括接收来自中间图像的多个光束的可调整准直器、在扫描中方向上对光束进行扫描的光束扫描器、以及使被扫描的光束聚焦的扫描透镜。照明斑的布置形成该阵列的图像。

Description

光学扫描装置、系统和方法
相关申请的交叉引用无。
关于联邦赞助的科研的声明无。
背景技术
激光印刷机和相关的光学成像系统通常采用由光源所产生的一个或多个光栅扫描光束来渲染（render）图像（例如，印刷的图像）。例如，早期激光印刷机通常采用通常由激光或类似的光发射器所生成的单个光栅扫描光束。为了渲染图像，使单个光束聚焦来形成光导表面上的照明斑（spot）。光束被调制成当跨光导表面被扫描时对照明斑进行调制。被扫描的照明斑沿着光导表面上的扫描线使潜影曝光，从而产生沿着扫描线的长度的相对带电和不带电表面区域的图案。使用区别地粘附到带电和不带电区域的某种形式的墨粉或油墨（例如，固体或液体），对潜影进行显影。然后，将根据潜影来图案化的墨粉转移到纸张或类似的衬底，以渲染所印刷的图像。
随着时间的过去，对更高印刷速度和增加的整体吞吐量方面的兴趣引起了提供多于一个光束的多-光束激光扫描单元（LSU）的使用。在采用多-光束LSU的印刷机中，多个光束中的每个产生独立调制的照明斑。继而，每个单独的调制照明斑被用来在光导表面上使对应的单独扫描线曝光。调制的照明斑和结果产生的单独扫描线一起使得能够以比用单光束LSU的通常可能的速率快得多的速率来产生印刷图像。然而，虽然添加光束能够实现更快的印刷以及伴随的印刷机吞吐量方面的增加，但是使用多个光束确实带来一些不存在于单光束LSU中的挑战。例如，连同多个光束的使用带来了在同时维持扫描线之间或等价地是光导表面处的照明斑之间的所期望或目标的分离或间隔时产生具有所期望或目标的斑大小的照明斑的问题。
提供同时地、基本上独立地控制照明斑大小和有效的照明斑间隔（或更适合地，控制扫描线间隔）这二者的一种方法是相对于光导表面的扫描方向使照明斑的线性布置或图案倾斜。特别地，倾斜可以被用来在采用LSU的光学器件以单独地确定光导表面上的照明斑的目标斑大小时建立扫描线之间的目标间隔。例如，大约86.4度的倾斜角可以被用来产生照明斑的倾斜线性图案，所述照明斑的倾斜线性图案被定向成与扫描表面处的光学扫描方向几乎平行，以针对大约0.5mm的实际照明斑间隔提供大约0.03125毫米（mm）或大约32线/mm的目标扫描线间隔。进一步地，可以通过微调倾斜角以基本上任意的量来调整扫描线间隔。
令人遗憾的是，虽然使照明斑的线性图案倾斜可以实现独立控制照明斑的斑大小和间隔，但是线性图案倾斜趋向于引入有效限制可以被利用的光束的实用数量的其他问题。特别地，由于焦平面（focal plane）分离，光束的数量以及最大可达到的扫描宽度（即，扫描线长度）可能被严重限制，其中在扫描期间每个照明斑跟随分离的焦面（focalsurface），并且在聚焦方向（即，轴方向）上使那些焦面分开超过光学系统的聚焦深度的距离。此外，当由于倾斜线性图案而在扫描方向上使光束散开得相对远时，同时地实现用于多-光束LSU中的最终图像处的大量光束的可接受光学像差校正可能变得困难。
附图说明
参考下面的结合附图所进行的详细描述可以更容易地理解根据本文所描述原理的示例的各种特征，在所述附图中相似的附图标记指定相似的结构元素，并且其中：
图1A图示根据本文所描述原理的示例的光发射器阵列扫描装置的示意图。
图1B图示根据本文所描述原理的示例的图1A的光发射器阵列扫描装置的透视图。
图1C图示根据本文所描述原理的示例的扫描表面上的多个照明斑的平面视图。
图2A图示根据本文所描述原理的示例的通过多个微透镜的横截面视图。
图2B图示根据本文所描述原理的示例的通过图2A的微透镜的与图2A的横截面方向垂直的方向上的横截面视图。
图3A图示根据本文所描述原理的另一个示例的通过微透镜的横截面视图。
图3B图示根据本文所描述原理的另一个示例的通过图3A的微透镜的与图3A的横截面方向垂直的方向上的横截面视图。
图4A图示根据本文所描述原理的示例的扫描透镜的横截面视图。
图4B图示根据本文所描述原理的示例的图4A的扫描透镜的与图4A的横截面方向垂直的方向上的横截面视图。
图5图示根据本文所描述原理的示例的激光阵列扫描系统的框图。
图6图示根据本文所描述原理的示例的光学扫描的方法的流程图。
某些示例具有其他特征，其是以下两项之一：作为以上引用的附图中所图示的特征的补充和代替。以下参考前面的附图详述了这些和其他特征。
具体实施方式
根据本文所描述原理的示例提供由光发射器的阵列所产生的多个光束的扫描。特别地，根据本文所描述原理的示例，可以在光发射器阵列扫描中独立地确定光束大小和光束分离或者等价地是图像平面处的照明斑大小和照明斑分离或间隔。例如，独立确定斑大小和斑分离可以促进在不经历由于最终图像中的焦面分离和光学像差而引起的不良后果的情况下以及在没有光学效率中的实质性损失的情况下增加光束或照明斑的数量。另外，可以采用与扫描中（in-scan）方向几乎垂直或者与交叉扫描（cross-scan）或处理方向基本平行的照明斑的线性阵列。此外，根据本文所描述原理的示例，照明斑分离可以是连续可调整的，以提供实时扫描线间隔控制。光发射器扫描可应用于各种领域，包括但不限于被用于激光印刷机和相关的光学扫描系统中的多-光束激光扫描单元（LSU）。
例如，考虑被用来提供多光束扫描的轴成像系统类型（即，具有单个光轴的光学系统）的典型成像系统。此类典型成像系统通常提供特定或第一放大率，以实现目标照明斑大小以及以维持或实现对于成像系统的可接受的光学功率吞吐量。然而，给定可用的发射器，第一放大率通常也不适于实现与由成像系统所产生的扫描线的目标间隔一致的照明斑分离或间隔。特别地，可接受的目标照明斑分离或间隔通常要求与被用来实现目标照明斑大小的第一放大率不同的放大率。照此，需要第二放大率来实现照明斑（或扫描线）的目标间隔并且所需的第二放大率通常与第一放大率不同以及在一些实例中实质上不同。令人遗憾的是，根据近轴光学，轴成像系统在任何给定的轴剖面中能够具有一个且仅一个放大率，这防止同时具有第一放大率和实质上不同的第二放大率这二者。
特别地，轴成像系统具有唯一光轴（或对称轴），该光轴忽视偏差（例如，由于平面镜、棱镜等），定义通过轴成像系统中的每个光学表面或光学元件的曲率中心或可替代地其他对称中心的直线。轴成像系统的放大率同时确定图像的极限大小（即，主射线高度=Y*）以及形成该图像的光束的极限角（即，边缘射线角=U）这二者。进一步地，在考虑到每个图像的空间中的折射率（n）之后，主射线高度Y*和边缘射线角U的乘积在光学系统内的任何对象或图像位置处是常量。该常量被称为轴成像系统的近轴不变量（I）或可替代地拉格朗日不变量。更特别地，在轴成像系统内的任何图像位置处，近轴不变量I由等式（1）给出
其中n是折射率。
对于现有的光发射器，首先因为光发射器之间的间隔显著大于目标扫描线间隔，并且其次因为由光发射器所产生的光束的发散角在量值（magnitude）上显著大于目标图像光束会聚角，所以出现了上述的第一放大率和第二放大率之间的冲突。因此，光发射器处的近轴不变量I趋向比最终扫描图像处所期望的近轴不变量I要大得多。虽然通过在发射器处仅用很小的锥角来捕获光可以将发射器处的近轴不变量I减小到与最终图像的近轴不变量基本上匹配，但是因为失去了由发射器所产生的光学功率的大部分从而导致不充分或不可接受的剩余光学功率吞吐量，所以该方法在很大程度上不实用。
当然，不要求轴成像系统关于其光轴表现出旋转对称。特别地，轴成像系统可以是变形（anamorphic）的，其在两个正交轴剖面中的每个或主剖面（例如，诸如XZ剖面和YZ剖面是Z方向上的光轴）中具有不同的近轴属性。虽然变形的轴成像系统可以在每个主剖面中具有不同的近轴不变量，但是独立地应用于不管是变形的还是旋转对称的每个主剖面和轴成像系统中的等式（1）可以在任何主剖面中仅具有一个放大率。因此，没有轴成像系统能够同时具有用于实现目标照明斑大小的第一放大率以及用于实现目标照明斑分离的不同的第二放大率这二者。
本文所描述原理的示例提供光发射器阵列扫描，例如其可以被用于具有独立地并同时地在扫描表面处实现目标照明斑大小和目标照明斑分离这二者的能力的多-光束LSU中。特别地，在一些示例中，除可变准直器之外，采用专用于单独光束的微透镜以基本上将照明斑大小确定与照明斑分离确定分开。根据本文所描述原理的各种示例，通过将照明斑大小与照明斑分离的确定分开，可以基本上规避与轴图像系统的近轴不变量I关联的限制。
本文中，将术语“扫描中方向”定义为由扫描光学系统的光学组件跨扫描表面对光束或等价地是由光束所产生的照明斑进行扫描或可能扫描的方向。例如，扫描中方向可以与跨扫描表面的水平方向相对应。例如，扫描表面可以是旋转的圆柱或鼓，并且扫描中方向可以与鼓的旋转轴基本上平行。例如，扫描中方向上的扫描可以由反射光束的旋转镜像多边形来产生。随着镜像多边形旋转，反射光束的偏移角变化，以对光束进行扫描并且以类似地改变扫描表面上的对应照明斑的位置。
相反，如本文所定义的，术语“交叉扫描方向”或等价地是“处理方向”指代与扫描中方向基本上正交或垂直的方向。根据一些示例，扫描表面的机械运动可以提供交叉扫描方向上的扫描。例如，可以由激光印刷机中的鼓形光导扫描表面的旋转来提供交叉扫描方向上的扫描。通常，采用扫描表面（例如，光导表面）机械运动的交叉方向上的扫描比使用光学扫描方式的扫描中方向上的扫描要慢得多。
同样在本文中，基于与光束的中心射线关联的局部坐标系，术语“扫描中方向”和“交叉扫描方向”被定义并且通常被采用成局部方向。特别地，在沿着光束的光路的任何给定点处将扫描中方向定义为与扫描表面处的扫描中方向的方向对应的方向。照此，沿着光路的光束定向和方向方面的旋转、反射和其他改变可以改变相对于全局坐标系的局部坐标系的扫描中方向和交叉扫描方向。然而，扫描中和交叉扫描方向相对于光束的局部坐标系在沿着由光束所跟随的光路的任何点处保持固定并且很好地定义。
进一步地，如本文所定义的，透镜或透镜元件（例如，微透镜元件）的光学功率是透镜或透镜元件的焦距的逆或倒数。例如，根据本文的定义，具有负40毫米（mm）的焦距的透镜元件具有负0.025/mm的光学功率。通常，会聚透镜元件具有正的光学功率，并且透镜的中心处比边沿处更厚。相反，发散透镜元件通常具有负的光学功率，并且透镜的中心处比透镜的边沿处更薄。此外并且根据定义，变形透镜元件关于光轴不是旋转对称的，但是替代的是在诸如扫描中方向和交叉扫描方向之类的两个正交方向上或主剖面中具有不同的光学功率。另外，根据定义，变形透镜元件具有至少一个变形表面。变形表面在两个正交方向上（例如，在扫描中方向上和在交叉扫描方向上）具有不同的曲率半径。进一步地，根据本文的定义，可以将圆柱面考虑为特殊类型的复曲面，其中曲率半径之一基本上是无限的。
术语光束的“会聚”指代并且在本文中被定义为会聚或发散这二者任一的状态或角。例如，从具有正会聚值的透镜或透镜元件出现的光束向焦点会聚并且形成实像。从具有负会聚值的透镜或透镜元件出现的光束从虚焦点发散并且形成虚像。照此，除非另有明确说明，本文中将具有正值的会聚和具有负值的会聚（即，发散）这二者都称为会聚。
本文中并且关于发射器，根据定义“快轴”和“慢轴”分别指代最大和最小负会聚（即，发散）的方向或更特定地指代剖面。特别地，作为关于中心射线的旋转的函数，通常可以将由光学发射机所产生的光束的负会聚角或“发散角”描述为椭圆。例如，可以将光束的旋转椭圆形发散角（即，椭圆发散角）与发射器的不对称光圈（aperture）（例如，边发射激光器）相关。椭圆的长轴表示最大发散角的剖面或方向，而椭圆的短轴表示最小发散角的方向的剖面。因此，将与椭圆的长轴平行的方向（即，最大发散剖面）称为快轴方向，并且将与椭圆的短轴平行的方向（即，最小发散剖面）称为慢轴方向。
进一步地，通常可以将由光发射器（例如，单-模激光发射器）所产生的光束的角强度分布（angular intensity profile）近似为高斯函数。此类光束不具有清晰定义的边沿并且将它的发散常规地定义为光束强度下降到其峰值的一半处的角，其通常被称为半高半宽（HWHM）角或半高全宽（FWHM）角。根据定义HWHM角等于FWHM角的一半。除非另有规定，本文将采用HWHM角。此外，除非另有规定，本文中通常依据半高半宽（HWHM）强度值来表达由光发射器所发射的光束的发散角。例如，本文中12度发散角是以光束的HWHM强度所确定的角。
HWHM发散角是仅属于光发射器的属性。另一方面，下文所讨论的边缘射线角是仅属于光学系统的属性。本文中，将边缘射线定义为来自轴上物点的能够在所指定的主剖面中通过光学系统的最外面的射线。然而，根据本文中的各种示例，在使用各种类型的可用光发射器的高效光学扫描装置或成像系统中，光发射器的位置处的光学装置或成像系统的边缘射线角通常被选择成与光发射器的对应HWHM发散角在数字上类似。因而，例如，本文通过其对HWHM发散角的影响所描述的微透镜的光学特性与在通过其对边缘射线角的影响来描述的情况下的微透镜的光学特性基本上相同。
如本文所使用的，冠词“一个”意在具有其在专利领域中的普通意义，即“一个或多个”。例如“一个微透镜”意味一个或多个微透镜并且照此本文中“所述微透镜”意味“所述一个或多个微透镜”。同样地，本文中对“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”或“右”的任何引用在本文中不意为限制性。本文中除非另有明确说明，当被应用于值时，术语“大约”和“基本上”通常意味加或减10%。此外，本文中的示例仅意为说明，并且为了讨论的目的且不通过限制的方式来呈现之。
图1A图示根据本文所描述原理的示例的光学扫描装置100的示意图。图1B图示根据本文所描述原理的示例的图1A的光学扫描装置100的透视图。例如，光学扫描装置100可以被用来跨扫描表面104对光束102进行扫描。当对光束102进行扫描时，光束102在扫描表面104上定义或产生照明斑106。光学扫描装置100跨扫描表面104在由箭头108所指示的扫描中方向上水平地对光束102（或等价地照明斑106）进行扫描。根据一些示例，与扫描中方向基本垂直的方向上的扫描表面104的运动提供对光束102的交叉扫描方向或“处理方向”扫描。另一个箭头109指示图1B中的扫描表面104处的交叉扫描方向。虚线图示扫描中方向上的扫描的开始（即，102a）和结束（即，102b）处的光束102。为了图示的简单且不通过限制的方式，图1B中图示有限数量的光束102（例如，五个）。
根据各种示例，用被定向成与扫描中方向基本垂直（即，与交叉扫描方向基本平行）的扫描表面104上的线性布置来布置照明斑106。图1C图示根据本文所描述原理的示例的扫描表面104上的多个照明斑106的平面视图。特别地，如图1C中所图示的，用与交叉扫描方向（箭头109）基本平行并且与扫描中方向（箭头108）基本垂直的行或线来布置照明斑106。
在一些示例中，例如扫描表面104可以是印刷机的光导鼓。例如，图1B中图示作为扫描表面104的此类光导鼓。如以上提到的，光导鼓的旋转提供交叉扫描方向上的扫描表面104的运动。例如，作为光导鼓的扫描表面104可以关于与扫描中方向108平行的轴进行旋转，以提供交叉扫描方向109上的运动。例如，照明斑106可以被用来曝光并且当根据图像数据而被调制时定义光导鼓上的图案。在其他示例中，扫描表面104可以包括其他类型的光敏表面例如但不限于例如平坦表面或带面。
如图1A和1B中所图示的，光学扫描装置100包括光发射器110的阵列。将光发射器110的阵列配置成提供多个光束102。在一些示例中，光发射器110是激光器或激光发射器。例如，光发射器110可以包括激光二极管110的阵列。例如，激光二极管110可以是边发射激光二极管。在一些示例中，被用作光发射器110的边发射激光二极管可以以从大约600纳米（nm）到大约900nm的波长来操作。例如，操作波长可以是大约650nm。在另一个示例中，操作波长可以是大约820nm。例如，每一个边发射激光二极管的操作输出功率可以是大约30毫瓦（mW）。在其他示例中，激光二极管可以是诸如垂直腔面发射激光（VCSEL）二极管或垂直外腔面发射激光（VECSEL）二极管之类的表面发射激光发射器。
根据各种示例，该阵列中的激光二极管110可以被单个地提供（即，离散激光二极管）或以公共衬底上的群组来组合。例如，可以将组成光发射器110的阵列的激光二极管一起集成在单个或公共衬底上。在其他示例中，不同于激光二极管的另一种类型的光源可以被用于光发射器110的阵列中。该另一种类型的光源可以是非二极管激光例如但不限于例如气体激光、固态激光或染料激光。在又另一示例中，该阵列的光发射器110可以包括发光二极管（LED）或超辐射发光二极管任一。
在一些示例中，用线性阵列来布置光发射器110。例如，光发射器110的阵列可以包括以定义线性阵列的间隔开的行来对准的多个激光二极管。例如，激光二极管可以间隔开大约70微米（μm）。例如，间隔开的行可以包括沿着公共衬底的边沿被布置的多个边发射激光二极管。在另一个示例中，线性阵列可以包括衬底表面上的一行间隔开的VCSEL。在其他示例中，用不同于线性阵列的阵列来布置光发射器110。
在一些示例中，扫描表面104处的光束间隔可以是大约31μm。在一些示例中，光束102可以包括多于二十个单独的光束102（例如，>22）。例如，可以采用大约三十个和大约四十个之间的光束102。在另一个示例中，可以采用多于大约四十个光束102。
如图1A和1B中所图示的，光学扫描装置100进一步包括多个微透镜120。多个微透镜120被配置成接收由光发射器110的阵列所提供的多个光束102。多个微透镜中的每个120具有单独的光轴。照此，多个微透镜120缺乏公共光轴并因此不构成轴成像系统。
通常，微透镜120可以是变形的，每个微透镜120在第一主剖面中具有第一组光学属性并且在与第一主剖面正交的第二主剖面中具有第二组光学属性。每个微透镜120被配置成产生对应的光发射器110的图像，并且多个微透镜120被配置成共同地产生一起形成发射器阵列的图像的多个光发射器图像。特别地，多个发射器图像形成光发射器110的阵列的中间图像112。中间图像112包括多个斑，每个斑与光束102中的不同的一个对应。进一步地，根据一些示例，以关于发射器阵列的基本上是一（unity）的放大率（即，为一阵列放大率）来形成发射器阵列的中间图像112。
根据各种示例，多个微透镜中的每个微透镜120与来自每个光发射器110的光束102中的不同的一个相对应。照此，由微透镜120中的不同的相应一个来单独或分别对每个光发射器110进行成像以在中间图像平面114处形成光发射器110的中间图像。具体地，光发射器110的中间图像表示中间图像112的斑中的特定一个。例如，可以将多个微透镜中的每个微透镜120耦合到不同的相应一个光发射器110。例如，可以采用与光发射器110的线性阵列对应的线性阵列来布置微透镜120。例如，在此类布置中，每个微透镜120仅接收由相应的耦合光发射器110所产生的光束102并且将其成像。根据各种示例，中间图像112可以是实像或虚像这二者任一。如图1A和1B中所图示的，当中间图像112是实像时，沿着微透镜120后面或跟在其后的光束102的光路来放置中间图像112和中间图像平面114。
变形的微透镜120可以在第一主剖面中以第一放大率来操作并且在第二主剖面中以第二放大率来操作。因此，变形的微透镜120可以被配置成接收来自给定光发射器110的具有特定光束椭圆率的输入光束102，并且将该光束102转变成具有明显不同椭圆率的中间图像位置（例如，中间图像平面114）处的输出光束102。更特别地，激光二极管或另一个光发射器110可以发射在光发射器110的快轴方向上具有特定发散角（例如，HWHM角）并且在光发射器110的慢轴方向上具有不同且更小的发散角的椭圆光束。除非本文另有规定，光束角和射线角是发射器和光学系统的近轴几何属性并且不因衍射效应而更改。
例如，可以采用微透镜120以使来自光发射器110的光收集的效率最大化。为了使光收集效率最大化，微透镜120可以从在光发射器110的快轴方向上具有相对大的边缘射线角而同时在光发射器110的慢轴方向上具有相对较小的边缘射线角的每个光发射器110来接收光束102。此外，与光发射器110处的边缘射线角相比，微透镜120还可以起作用以明显减小中间图像112处的光束边缘射线角。而且可以变形地实现光束边缘射线角的减小。照此，为了形成中间图像112而由微透镜120对光发射器110所进行的成像可以由三个放大率值来表征或者依据三个放大率值来描述。
特别地，每个微透镜120在与光发射器110的快轴方向对应的主剖面中对相应的光发射器110进行成像。快轴方向上的成像包括接收来自光发射器的具有快轴边缘射线角Ufast的发散输入光束，并且产生向中间图像112会聚的具有边缘射线角U' fast的输出光束。三个放大率值中的第一个是与快轴成像关联的快轴放大率Mfast。如由等式（2）所给出的，可以定义快轴放大率Mfast。
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每个微透镜120进一步在与光发射器110的慢轴方向对应的主剖面中对相应的光发射器110进行成像。慢轴方向上的成像包括接收来自光发射器110的发散输入光束102，所述发散输入光束102具有慢轴边缘射线角USlow，并且产生向中间图像112会聚的具有边缘射线角U' Slow的输出光束102。三个放大率值中的第二个是与慢轴成像关联的慢轴放大率MSlow。如由等式（3）所给出的，可以定义慢轴放大率MSlow。
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根据一些示例，微透镜120的快轴放大率MFast和慢轴放大率MSlow中的一个或两个可以在大约10和大约100之间的范围中。例如，快轴放大率MFast和慢轴放大率MSlow中的一个或两个可以大于大约10。在另一个示例中，快轴放大率MFast和慢轴放大率MSlow中的一个或两个可以在大约60和大约10之间。例如，快轴放大率MFast可以是大约50并且慢轴放大率MSlow可以是大约20。
三个放大率中的第三个放大率是所有的光发射器110（例如，阵列）被共同地成像到中间图像112上的阵列放大率MArray。可以将阵列放大率MArray定义为中间图像平面114处的两个光发射器110的图像之间的距离LInt Image除以阵列中对应的两个光发射器110之间的距离LArray。因此，可以由等式（4）给出阵列放大率MArray。
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由微透镜120所形成的中间图像112用作光学扫描装置100的后续光学组件的对象，并且由那些光学组件来重新成像为扫描表面104上的最终图像。重新成像具有用于光学扫描装置100的每个主剖面的关联放大率。特别地，将扫描中方向上的重新成像放大率指定为MIn-Scan并且将交叉扫描方向上的重新成像放大率指定为MCross-Scan。为了描述的简单，在不必维持相应的扫描中方向重新成像放大率和交叉扫描方向重新成像放大率之间的区别的情况下，本文中将这两种重新成像放大率共同地称为重新成像放大率MReimaging。
根据一些示例，光学扫描装置100的跟在微透镜120以及由微透镜120所形成的光发射器110的中间图像112后面的组件基本提供轴成像系统。例如，由这些组件所提供的轴成像系统可以是变形轴成像系统。因此，对于特定的中间图像，相同的扫描中方向重新成像放大率MIn-Scan在扫描表面104处的最终图像中确定了照明斑106的扫描中方向边缘射线角并且因而照明斑106的扫描中方向斑大小以及扫描中方向分离这二者。类似地，对于特定的中间图像，相同的交叉扫描方向重新成像放大率MCross-Scan在扫描表面104处的最终图像中确定了照明斑106的交叉扫描方向边缘射线角并且因而照明斑106的交叉扫描方向斑大小以及交叉扫描方向分离这二者。因此，一旦确定了中间图像处的边缘射线角，扫描中方向重新成像放大率和交叉扫描方向重新成像放大率MIn-Scan、MCross-Scan最终地确定最终图像处的光束102的相应的扫描中方向和交叉扫描方向边缘射线角以及照明斑的扫描中方向和交叉扫描方向大小。另外地，一旦确定了中间图像处的聚焦斑的分离，这些相同的放大率也最终地确定照明斑106的分离。后续的光学组件因而起作用以通过每个主剖面中的单个放大率将中间图像112“中继”到扫描表面104上，并且不具有改变被确定在中间图像112处的近轴不变量I的能力。
特别地，由光发射器110和扫描表面104处的最终图像之间的整体（即，端到端）像高放大率来确定最终图像中（即，扫描平面104处）的照明斑106的分离。通常，整体像高放大率是阵列放大率Marray和重新成像放大率MReimaging的乘积。更特别地，如由等式（5）所给出的，在扫描表面104处的最终图像处的交叉扫描方向上，通过将交叉扫描方向上的对应光发射器分离距离LArray与阵列放大率MArray和交叉扫描方向重新成像放大率MCross-Scan的乘积进行相乘来确定照明斑106之间的分离距离LFinal Image。
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因为根据阵列放大率MArray可以独立地确定微透镜边缘射线角放大率MFast和MSlow，所以根据最终图像处的相邻照明斑106之间的分离可以独立地确定由最终图像处的光束102的扫描中方向和交叉扫描方向边缘射线角分别确定的最终图像处的照明斑大小。因此，由整体（即，端-到-端）边缘射线角放大率来确定最终图像中的照明斑106的边缘射线角U''，其中通过将微透镜放大率MFast和MSlow中的所选择的一个与重新成像放大率MIn-Scan和MCross-Scan中的对应的一个相乘来确定所述整体边缘射线角放大率。
在一些示例中，可以将光发射器110的慢轴方向与光学扫描装置100的交叉扫描方向对准。在这些示例中，形成扫描表面104处的最终图像的光束102的交叉扫描边缘射线角U'' Cross-Scan可以由等式（6）给出。
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形成扫描表面104处的最终图像的光束102的扫描中方向边缘射线角U'' In-Scan可以由等式（7）给出。
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在一些示例中，可以将光发射器110的快轴方向与光学扫描装置100的交叉扫描方向对准，并且可以将等式（7）重写为等式（7a）：
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注意对于小角度而言等式（6）、（7）和（8）使用tan（U）=U的近似。在各边缘射线角U和U''中的任何一个大到足以使该近似无效的情况下，应该将tan（U）代替U。
如先前已讨论的，由最终图像处的边缘射线角或光束会聚角来确定该图像处的照明斑大小。更具体地，对于具有小像差的很好地被校正的光学系统而言，由衍射来确定照明斑大小，并且光学扫描装置100的扫描中方向上的照明斑直径DIn-Scan可以由等式（8）给出
其中λ表示光发射器110的波长，并且根据所选择的斑大小定义以及光束102的强度分布来确定常量C。在一些示例中，常量C具有大约0.5和大约2.0之间的值。对于许多印刷系统的小角U''特性而言并且在用弧度单位来表达角的情况下，可以将等式（8）近似为由等式（8a）所给出的。
进一步地在本文中，各个量M、U、U'、U''等的代数符号首先可以用于指示成像转变是否起作用以形成倒像或非倒像。除非另有明确指示，根据本文所描述原理的示例不依赖于各种成像转变的倒或非倒性质，并且上注的代数符号不重要。因此，除非另有指示，可以将这些量视为无方向的量值。
在一些示例中，多个微透镜中的每个微透镜120包括提供对应光束的快轴方向会聚的第一微透镜元件。快轴会聚继而提供将对应的光发射器110快轴成像到中间图像112上。例如，第一微透镜元件可以包括被定向成在快轴方向上提供正光学功率的圆柱形透镜。进一步地在这些示例中，每个微透镜120还包括提供对应光束102的慢轴会聚的第二微透镜元件，并且继而将对应的光发射器110慢轴成像到中间图像112上。例如，第二微透镜元件可以包括被定向成在慢轴方向上提供正光学功率的圆柱形透镜。第一和第二微透镜元件一起配合作用为提供定义中间图像112处以及后续地扫描表面104处的最终图像处的边缘射线角的光束会聚的微透镜120。边缘射线角确定光学扫描装置100的两个主剖面中的最终图像处的对应照明斑106的斑大小。在各种示例中，第一微透镜元件可以是微透镜元件的第一阵列的部分，并且第二微透镜元件可以是微透镜元件的第二阵列的部分。
在一些示例中，将该阵列中的光发射器110的快轴方向对准成基本上与光学扫描装置100的扫描中方向相对应。例如，该阵列中的光发射器100可以是边发射激光二极管阵列中的激光二极管。例如，边发射激光二极管阵列包括形成于公共衬底上的多个光发射器110，其中通常将光发射器110在慢轴方向上间隔开以形成基本上线性的光发射器110的阵列。在此类布置中，可以将最终图像中的照明斑106的阵列在交叉扫描方向上基本对准。进一步地，通过此类布置，最终图像处的照明斑106的斑分离产生基本上等价的扫描图像中的扫描线分离。
图2A图示根据本文所描述原理的示例的通过微透镜120的横截面视图。图2B图示根据本文所描述原理的示例的通过图2A的微透镜120的与图2A的横截面方向垂直的方向上的横截面视图。特别地，图2A的横截面与光发射器110的快轴方向相对应，而图2B的横截面与光发射器110的慢轴方向相对应。此外通过示例的方式并且非限制性地，图2A和2B将微透镜120图示为沿着光学扫描装置100的光路的第一微透镜元件122后面跟着第二微透镜元件124。具体地，在其他示例（未图示）中，沿着光路，第二微透镜元件124可以在第一微透镜元件122之前。在图2A和2B中将第一和第二微透镜元件122、124这二者图示为平圆柱形透镜的线性阵列。还被图示的是光发射器110以及由光发射器110所产生的光束102。
如图2A和2B中所图示的，由光发射器110所产生的光束102在光发射器110的快轴方向上以半高半宽（HWHM）角发散，并且在光发射器110的慢轴方向上以HWHM角进一步发散。光束102在第一微透镜元件122的输入处进入第一微透镜元件122。通常，第一微透镜元件122输入处的快轴和慢轴HWHM发散角、是光发射器110的各种光学属性的函数。例如（未图示），当采用边发射激光二极管的阵列作为光发射器110以产生光束102时，第一微透镜元件122输入处或等价地是光发射器110的输出处的快轴和慢轴HWHM发散角、可以分别是大约12度和5度。在其他示例中（未图示），快轴HWHM发散角可以与HWHM慢轴发散角相类似。
根据图2A和2B的示例，第一微透镜元件122具有提供对应光束102的快轴方向会聚的第一关联放大率。特别地，在光束102通过第一微透镜元件122时，第一微透镜元件122的光学功率将光束102转变或会聚以在第一微透镜元件122的输出处提供经调整的快轴HWHM会聚角（图2A）。通过第一微透镜元件122基本上不影响光束120的慢轴HWHM角（图2B）。类似地，第二微透镜元件124具有提供对应光束102的慢轴方向会聚的第二关联放大率。特别地，在光束102通过第二微透镜元件124时，由第二微透镜元件124所提供的光学功率将光束102转变或会聚以在图2B中的第二微透镜元件122的输出处提供经调整的慢轴HWHM会聚角。通过图2A中的第二微透镜元件122基本上不影响光束120的快轴HWHM角。
在通过构成微透镜120的第一和第二微透镜元件122、124这二者之后，已通过微透镜120的光学功率将快轴和慢轴HWHM发散角、这二者转变成快轴和慢轴输出HWHM会聚角、。例如，如果第一和第二微透镜元件122、124这二者共同地提供快轴方向上的大约16:1放大率，那么对于上面的12度HWHM输入角示例而言微透镜120的输出处的快轴HWHM会聚角将是大约0.76度。此外，尽管光束102的HWHM发散角、被转换至HWHM会聚角、时，因为没有两个光束102共享多个微透镜中的公共微透镜120，所以微透镜120基本上不影响光束102的中心射线之间的间隔。
因而，根据第一和第二微透镜元件122、124的光束转变已经对光发射器110进行单独地成像，以形成包括中间图像平面114中的多个斑的中间图像112。然而如以上所描述的，已经通过基本上是一的阵列放大率对光发射器110的阵列进行成像。此外，采用单独的第一和第二微透镜元件122、124来执行两个正交方向（例如，快轴和慢轴或者扫描中和交叉扫描）上的单独的重新成像，以产生可以促进像散补偿的中间图像112。像散可以存在于由发射器所产生的光束中，并且还可以由诸如半径、玻璃规范、厚度变化等之类的微透镜参数容差（tolerances）中的变化所引起。
在另一个示例中，多个微透镜中的每个微透镜120包括具有提供光束102的快轴方向会聚的第一表面和提供光束102的慢轴方向会聚的第二表面的单个微透镜元件。例如，微透镜元件的第一表面可以是具有被定向成在快轴扫描方向上提供光学功率的圆柱形透镜形状的邻近于光发射器110的表面。第二表面可以是具有被定向成在慢轴扫描方向上提供光学功率的圆柱形透镜形状的与第一表面相对的表面。一起作用时，这两个表面在快轴和慢轴这二者方向上提供微透镜120的光学功率。
图3A图示根据本文所描述原理的另一个示例的通过微透镜120的横截面视图。图3B图示根据本文所描述原理的另一个示例的通过图3A的微透镜120的与图3A的横截面方向垂直的方向上的横截面视图。特别地，图3A的横截面与光发射器110的快轴方向相对应，同时图3B的横截面与光发射器110的慢轴方向相对应。此外，通过示例的方式，图3A和3B将微透镜120每一个图示为具有第一表面126a和相对的第二表面126b的单元件微透镜126。如所图示的，第一表面126a在快轴方向上提供光学功率（图3A），而第二表面126b在慢轴方向上提供光学功率（图3B）。图3A和3B中将单元件微透镜126图示为均具有圆柱形第一表面126a和相对的圆柱形第二表面126b的微透镜的线性阵列，其中第一和第二表面的柱轴互相垂直。在其他示例中，微透镜120的表面是非圆柱形表面，每个都具有由圆锥常数或多项式函数而不是仅由半径所确定的横截面形状。还被图示的是光发射器110以及由光发射器110所产生的光束102。
与上面的涉及两个单独的微透镜元件122、124的示例一样，通过使光束102通过两面单元件微透镜126，将图3A和3B中所图示的微透镜120的输入处的光束102的HWHM发散角、转变或会聚成相应的HWHM会聚角、。然而，在图3A和3B的示例中，第一表面126a使光束102在快轴方向上会聚从而在图3A中的慢轴方向上产生很少影响或不产生影响，而第二表面126b使光束102在慢轴方向上会聚从而在图3B中的快轴方向上产生很少影响或不产生影响。一起作用时，第一和第二表面126a、126b在快轴和慢轴这二者方向上提供单元件微透镜120的光学功率。
微透镜120的光学功率使得微透镜120能够以相应的关联放大率在快轴和慢轴方向上将光发射器110成像到中间图像平面114上，以产生扫描表面104处的最终图像中的适当的边缘射线角和对应的斑大小。如等式（2）和（3），先前上面给出了将光发射器的成像应用到中间图像平面114上的微透镜关联的放大率。依据HWHM发散角、和HWHM会聚角、，可以将等式（2）和（3）重写为等式（2a）和（3a）。
作为一个示例，如果两面单元件微透镜126的第一和第二表面126a、126b一起作用以提供快轴方向上的16（即，16:1）的快轴放大率MFast以及输入光束HWHM角是12度，那么微透镜120的输出处的HWHM发散角将是大约0.76度。
在另一个示例中，多个微透镜中的每个微透镜120包括梯度折射率微透镜元件（未图示）。梯度折射率微透镜元件具有根据透镜内位置而变化的折射率。梯度折射率微透镜可以例如具有对于与对称方向垂直的微透镜的所有横截面而言基本上相同的横截面形状和横截面折射率分布。例如，当将梯度折射率微透镜的对称方向与边发射激光二极管阵列的慢轴方向平行地对准时，微透镜在快轴方向上具有光学功率并且可以形成中间图像平面114上的快轴方向上的光发射器110的中间图像。在另一个示例中，多个微透镜中的每个微透镜120包括衍射微透镜元件（未图示）。衍射微透镜元件具有至少一个衍射表面，其中光学功率由对所发射或反射的波前上赋予期望相位分布的表面高度台阶（step）的布置来提供，并且从而提供类同于常规折射透镜的光学功率的光学功率。
如以上已讨论的，当放大率MArray基本上等于一时，微透镜关联的放大率MFast和MSlow基本上不影响最终图像处的照明斑106的分离。因此，当结合后续的光学组件的重新成像放大率MIn-Scan和MCross-Scan而作用时（例如，见下面的讨论），为了确定最终图像处的照明斑大小的目的，可以单独地选择微透镜关联的放大率MFast和MSlow。此外，当被设置为基本上等于一时，微透镜120（例如，作为阵列）的阵列放大率MArray基本上不影响最终图像处的照明斑大小或照明斑分离距离。因此，为了确定最终图像的大小（即，具体地是扫描表面104处的交叉扫描方向上的照明斑分离距离）的目的，可以单独地选择重新成像放大率MReimaging特别地是其交叉扫描部分MCross-Scan。
根据一些示例，如上所述，由多个微透镜120所提供的形成光发射器120的阵列的中间图像112的阵列放大率MArray的值基本上等于一。也就是说，阵列放大率MArray可以是大约1.0。在这些示例中，在中间图像平面114处可以形成光发射器阵列的1:1中间图像112。例如，光发射器阵列110和中间图像112之间的此类为一的放大率成像可以使得能够使用理论上具有无限数量发射器的光发射器阵列。光发射器阵列的中间图像可以是通过光束从多个微透镜出现之后向实焦点会聚而形成的实像，或者中间图像可以是通过光束从多个微透镜出现之后从表观的（apparent）焦点或虚焦点发散而形成的虚像。
更具体地，例如，大约1.0的阵列放大率MArray值可以促进统一地高效收集由该阵列中的每个光发射器110所产生的光，而不管阵列中发射器的数量如何。进一步地，对于阵列中基本上每个光发射器110而言，可以以中间图像112处的一致地高波前质量（即，光学质量）来收集由每个光发射器110所产生的光。此外，多个微透镜120可以被制造为基本上完全相同的微透镜元件的阵列，所述微透镜元件的阵列具有与光发射器110阵列中的光发射器间隔大致相等的基本统一的元件-到-元件间隔。另外地，大约1.0的阵列放大率MArray可以促进在不考虑哪个微透镜元件与光发射器110阵列中的哪个光发射器110相对应的情况下相对于光发射器110阵列来安装和对准多个微透镜120。此外根据一些示例，当阵列放大率MArray是大约1.0时，相对于光发射器110阵列的安装和对准微透镜120中的小误差可以基本不影响中间图像112的放大率。
因而，当被用作光学扫描装置100中的元件时，基本上是一的多个微透镜120的阵列放大率可以促进光发射器110的包括大型线性阵列的超大型阵列的使用。光发射器110的大型阵列继而允许将照明斑106的大型阵列成像为扫描表面104上的最终图像。进一步地，根据本文所描述原理的示例，当被以交叉扫描方向来定向时照明斑106的大型线性阵列是尤其有用的，其中高质量光学性能是可达到的并且其中焦平面分离和大波前像差的不利可以被减小或在一些示例中最小化。
再次参考图1A和1B，光学扫描装置100进一步包括准直器130。根据一些示例，准直器130是可调整准直器130。准直器130接收从由多个微透镜120所形成的中间图像112出现的光束102。在一些示例中，准直器130使光束102基本上准直。如下面所描述的，准直器130进一步将接收到的光束102发送到光学扫描装置100的后续部分。
除接收光束102和使其准直之外，可调整准直器130建立照明斑106之间的可调整间隔。特别地，可调整准直器130具有确定了可调整准直器130的输出处的每个光束102的传播方向的焦距。可调整准直器的焦距作用为确定扫描表面104处的照明斑106之间的间隔的比例因数。此外，虽然光学扫描装置100的其他光学组件（例如，其他透镜等）可以影响照明斑106的间隔，但是当结合其他光学组件来使用时可调整准直器130的焦距可以被初始地选择并且后续地被调整以确定照明斑106的间隔。
在一些示例中，可调整准直器130的焦距是预定的并且基本上是固定的。例如，可以选择焦距的值（例如，在设计或制造期间）并且然后后续地将其采用为固定焦距。该值被选择成产生在扫描表面104上的最终图像中光束102所产生的照明斑106之间的预定目标间隔。照此，直到达到预定或目标间隔才调整可调整准直器130。
在其他示例中，可调整准直器130的焦距是原位（in situ）或实时地可变或可调整的。特别地，在光学扫描装置100的操作期间，可调整准直器130的焦距可调整成促进改变照明斑106之间的间隔。在一些示例中，可调整准直器130的焦距关于该焦距的中心值在该焦距的中心值的大约正百分之五和大约负百分之五之间的范围内是可调整的。例如，焦距的中心值可以是对于扫描表面104的典型情况或位置产生照明斑106的预定或期望间隔的值。例如，中心值可以等价于为上面的被调整并且然后固定的焦距所选择的值。
在一些示例中，可调整准直器130的焦距根据扫描表面104上的照明斑106的所测量间隔而可调整。在一些示例中，由实时反馈测量系统来提供所测量间隔。例如，可以在由光学扫描装置100的扫描结束时或在扫描之间进行照明斑106的间隔的测量。在另一个示例中，可以在扫描期间进行测量。根据各种示例，可以使用摄像机或类似的成像系统来进行间隔测量，并且此类成像系统还可以包括反射镜、棱镜和辅助透镜。例如，反馈控制系统（例如，伺服控制系统）可以被用来处理间隔测量并且控制可调整准直器130的可调整焦距。根据各种示例，反馈控制系统可以被实现成当光学扫描装置100扫描照明斑106时提供实时控制。
根据一些示例，光学扫描装置100进一步包括光束扫描器140。光束扫描器140被配置成在扫描中方向108上对光束102进行扫描。根据各种示例，光束扫描器140包括可移动部分142。根据一些示例，可移动部分142通过可移动部分142的机械运动来使光束102的方向改变。在一些示例中，光束扫描器140的可移动部分142包括旋转多边形142。旋转多边形142的表面被成镜（mirrored）以对多边形表面上的入射的光束102进行反射。因为旋转的成镜的多边形142上的光束102的入射角由于旋转而改变，所以根据反射定律光束102的反射角类似地改变。改变的入射角和反射角跨扫描表面104在扫描中方向上对光束102并且还对由光束102所产生的照明斑106进行扫描。根据一些示例，可以将采用旋转镜多边形的光束扫描器140称为可旋转扫描器140。
在其他示例中，如本文所定义的，光束扫描器140采用不同于旋转多边形的另一种类型的可移动部分142。例如，可移动部分142可以包括被安装在枢轴上并且关于枢轴被致动器移动的反射镜。在又其他示例中，光束扫描器140可以将可移动棱镜和光学波导中的一个或多个用作可移动部分142，以在扫描中方向上对光束102进行扫描。
在一些示例中，除可移动部分142的旋转多边形、可移动反射镜、和可移动棱镜之外光束扫描器140还可以包括其他光学器件。特别地，在一些示例中光束扫描器140进一步包括其他光学器件，包括但不限于固定反射镜144和预扫描圆柱透镜146。根据一些示例，如图1B中所图示的，固定反射镜144可以被用来重定向光束102。固定反射镜144可以位于沿着由光束102所跟随的光路的若干位置的任何一个中。
预扫描圆柱透镜146是被配置成将每个光束102带入光束扫描器140的可移动部分142的移动表面处的“线聚焦”（即，一个方向的聚焦）中的圆柱形透镜。例如，预扫描圆柱透镜146位于光束扫描器140的可调整准直器130和可移动部分142之间的光路中。预扫描圆柱透镜146使交叉扫描方向109上的光束102基本上聚焦在可移动部分142的表面处，以使得在扫描表面104上光束102所形成的照明斑的交叉扫描位置对于交叉扫描方向上的多边形反射镜的面-到-面倾斜差或摇晃变得基本上不敏感。
在一些示例中，光学扫描装置100进一步包括光束扫描器140和扫描表面104之间的扫描透镜150。扫描透镜150被配置成使光束102聚焦到扫描表面104上。根据各种示例，扫描透镜150可以是变形的。在一些示例中，扫描透镜150是四元件透镜。图4A图示根据本文所描述原理的示例的扫描透镜150的横截面视图。图4B图示根据本文所描述原理的示例的与图4A的横截面方向垂直的方向上的图4A的扫描透镜150的横截面视图。
在一些示例中，根据一些示例，扫描透镜150包括在扫描中方向上具有光学功率并且在交叉扫描方向上具有另一个光学功率的第一透镜元件152。通常，第一透镜元件152的扫描中方向光学功率可以是正的、零、或负的。第一透镜元件152在交叉扫描方向上的另一个光学功率是正的并且在量值方面大于第一透镜元件152的扫描中方向光学功率。在一些示例中，第一透镜元件152的第一表面152a可以是旋转对称的。在其他示例中，第一表面152a可以是变形的。如所图示的，第一表面152a是凹面的。在其他示例中，第一表面152a可以是平面的或凸面的。第一透镜元件152的第二表面152b是具有在量值方面比扫描中方向上的曲率半径小的交叉扫描方向上的曲率半径的变形表面。在一些示例中，第二表面152b可以是环面的（toric）。
在一些示例中，扫描透镜150进一步包括第二透镜元件154。第二透镜元件154在扫描中方向和交叉扫描方向这二者上具有负光学功率。在一些示例中，扫描中方向和交叉扫描方向上的负光学功率在量值方面与彼此不同。在其他示例中，扫描中方向和交叉扫描方向上的负光学功率具有大致相同的量值。如所图示的，第二透镜元件154具有在扫描中和交叉扫描这两个方向上都是凹面的第一表面154a。在一些示例中第一表面154a可以是旋转对称的，而在其他示例中第一表面154a是变形的。根据不同的示例，将第二透镜154的第二表面154b图示为凸面，并且可以是旋转对称凸面或变形表面这二者任一。
在一些示例中，扫描透镜150进一步包括在扫描中方向和交叉扫描方向这二者上具有正光学功率的第三透镜元件156。在一些示例中，扫描中方向和交叉扫描方向上的正光学功率在量值方面与彼此不同。在其他示例中，扫描中方向和交叉扫描方向上的正光学功率具有大致相同的量值。将第三透镜元件156的第一表面156a图示为平坦表面。在其他示例中，第一表面156a可以是凸面或凹面的，并且进一步可以是旋转对称或变形的这二者任一。将第三透镜元件156的第二表面156b图示为旋转对称凸面。在其他示例中，第二表面可以是平面的或凹面的这二者任一，并且进一步可以具有变形的形状。
在一些示例中，扫描透镜150进一步包括在扫描中方向上具有光学功率以及在交叉扫描方向上具有另一个光学功率的第四透镜元件158。第四透镜元件158的交叉扫描方向光学功率是正的并且大于第四透镜元件158的扫描中方向光学功率。通常，第四透镜元件158的扫描中方向光学功率可以是正的、零、或负的。进一步地，第四透镜元件158的第一表面158a和第二表面158b中的至少一个是变形表面。在图4A和4B中，将第一表面158a图示为具有仅在交叉扫描方向上具有曲率的凸圆柱形表面。在其他示例中，第一表面158a可以是环面的或以其他方式是变形的，其具有在量值方面比扫描中方向上的曲率半径小的交叉扫描方向上的曲率半径。进一步如所图示的，第二表面158b是旋转对称的。在其他示例中，第一表面158a是旋转对称的。在这些示例中，第二表面158b可以是凸环面的、凸圆柱形的、或具有在量值方面比扫描中方向上的曲率半径小的交叉扫描方向上的曲率半径的其他变形表面。在又其他示例中，第一和第二表面158a、158b这二者都是变形表面，其一起被配置成提供比扫描中方向上的光学功率大的交叉扫描方向上的光学功率。
进一步地，在一些示例中，第二透镜元件154包括具有比第一、第三和第四透镜元件152、156、158的材料的折射率更高的折射率的材料。在一些示例中，第一、第三和第四透镜元件152、156、158的材料的折射率大致彼此相等。在其他示例中，第一、第三和第四透镜元件152、156、158包括具有不同的折射率的材料。
在光束扫描器140和扫描表面104之间以上升数字次序来光学地安置第一透镜元件152、第二透镜元件154、 第三透镜元件156、和第四透镜元件158。换句话说，光束102通过开始于第一透镜元件152、后面依次跟着第二透镜元件154、 第三透镜元件156和第四透镜元件158的扫描透镜150来传播。光束120在通过第四透镜元件158之后离开扫描透镜150。照此，第一透镜元件152邻近或更接近于光束扫描器140，而第四扫描透镜158邻近或更接近于扫描表面104。此外，相应的透镜元件152、154、156、158的第一表面152a、154a、156a、158a被定向成指向光束扫描器140并且因此相应地更接近于光束扫描器140。此外，相应的透镜元件152、154、156、158的第二表面152b、154b、156b、158b被定向成指向扫描表面104并且因此相应地更接近于扫描表面104。
图5图示根据本文所描述原理的示例的激光阵列扫描系统200的框图。激光阵列扫描系统200被配置成对光束202进行扫描。例如，激光阵列扫描系统200可以被用于印刷机中以对光束202进行扫描并且在光导鼓上产生扫描的照明斑。
激光阵列扫描系统200包括发射器模块210。发射器模块210被配置成提供多个光束202。根据一些示例，发射器模块210包括激光二极管212的阵列。根据一些示例，发射器模块210进一步包括对应的微透镜214的阵列。该对应阵列中的微透镜214具有关联的放大率。关联的放大率被选择成确定由对应的光束202所形成的照明斑的斑大小。在一些示例中，激光二极管212与以上参考光学扫描装置100的光发射器110所描述的激光二极管基本上类似。在一些示例中，微透镜214与以上参考光学扫描装置100所描述的微透镜120基本上类似。
激光阵列扫描系统200进一步包括具有焦距的可调整准直器220。可调整准直器220的焦距是可变的，以可调整地建立由光束102所产生的照明斑之间的间隔。在一些示例中，可调整准直器220与以上参考光学扫描装置100所描述的可调整准直器130基本上类似。特别地，可以根据所测量的照明斑之间的间隔来改变或调整可调整准直器220的焦距。例如，可以依据扫描表面上的照明斑之间的间隔来测量照明斑的间隔（例如，如以下所描述的）。在另一个示例中，可以在包括扫描表面的图像处的激光阵列扫描系统200的光路中的某一其他点处对间隔进行测量。例如，可以由实时反馈测量系统来提供所测量的间隔。在一些示例中，可调整准直器220的焦距提供该焦距的中心值附近的大约正百分之五和大约负百分之五之间的焦距范围。例如，焦距范围可以在中心值附近的大约正百分之三（+3%）和大约负百分之三（-3%）之间。
激光阵列扫描系统200进一步包括光束扫描器230。光束扫描器230被配置成在扫描中方向上对光束202进行扫描。在一些示例中，光束扫描器230与以上参考光学扫描装置100所描述的光束扫描器140基本上类似。例如，光束扫描器230可以包括旋转成镜多边形。
激光阵列扫描系统200进一步包括扫描表面240。扫描表面240被配置成在与扫描中方向基本垂直的交叉扫描方向上移动。在一些示例中，扫描表面240包括激光印刷机的光导鼓的表面。光导鼓的旋转提供扫描表面240的交叉扫描方向运动。根据各种示例，由激光阵列扫描系统200将照明斑成像到扫描表面上。根据一些示例，以与交叉扫描方向基本平行的行（即，线性阵列）中定向由光束202所产生的扫描表面240上的照明斑。
在一些示例中，激光阵列扫描系统200进一步包括光束扫描器230和扫描表面240之间的扫描透镜250。扫描透镜250被配置成使光束202聚焦到扫描表面240上。在一些示例中，扫描透镜250是四元件透镜。在这些示例的一些中，扫描透镜250与以上参考光学扫描装置100所描述的扫描透镜150基本上类似。
特别地，根据一些示例，扫描透镜250包括在扫描中方向上具有光学功率和在交叉扫描方向上具有另一个光学功率的第一透镜元件。第一透镜元件的交叉扫描方向光学功率是正的并且大于第一透镜元件的扫描中方向光学功率。扫描透镜250进一步包括在扫描中方向上具有负光学功率和在交叉扫描方向上具有另一个负光学功率的第二透镜元件。扫描透镜250进一步包括在扫描中方向上具有正光学功率和在交叉扫描方向上具有另一个正光学功率的第三透镜元件。扫描透镜250进一步包括在扫描中方向上具有光学功率和在交叉扫描方向上具有另一个光学功率的第四透镜元件。第四透镜元件的交叉扫描光学功率是正的并且大于第四透镜的扫描中方向光学功率。
图6图示根据本文所描述原理的示例的光学扫描的方法300的流程图。光学扫描的方法300包括对由光发射器的阵列所发射的多个光束的锥角进行调整310，以便以基本上是一的阵列放大率来形成阵列的中间图像。通过使用单独的微透镜来分别对每个光发射器进行成像而形成中间图像。中间图像包括中间图像平面处的多个斑。根据各种示例，每个微透镜具有关联的放大率。例如，所述微透镜可以与微透镜120基本上类似。
光学扫描的方法300进一步包括对扫描表面处的由光束所产生的照明斑之间的间隔进行调整320。调整320所述间隔采用光学元件的可选择或可调整的焦距，其中所有的光束都通过所述光学元件。根据各种示例，调整320所述间隔与调整310锥角基本上分开并且与之独立。
在一些示例中，调整320所述间隔可以采用准直器并且更特别地采用可调整准直器来接收并且在一些示例中使来自中间图像的光束基本上准直。可调整准直器提供可调整焦距。被用于调整320所述间隔的可调整准直器可以与以上参考光学扫描装置100所描述的可调整准直器130基本上类似。
光学扫描的方法300进一步包括在扫描中方向上对光束进行扫描330，以跨扫描表面对照明斑进行扫描。以上参考光学扫描装置100来定义扫描中方向。照明斑的布置在扫描表面上以小于一的放大率来形成阵列的图像。根据一些示例，所述光束在扫描表面上产生线性布置的对应照明斑，所述照明斑被定向为与扫描中方向基本垂直。例如，扫描330光束可以采用包括旋转成镜多边形、绕轴旋转镜、和可移动棱镜中的一个或多个的光束扫描器。在一些示例中，可以由以上参考光学扫描装置100所描述的光束扫描器140来提供扫描330光束。
在一些示例中，光学扫描的方法300进一步包括对扫描表面处的照明斑之间的间隔进行测量340。在一些示例中，测量340间隔可以在扫描330光束之间执行。例如，测量340间隔可以包括使用光学传感器（例如，摄像机）来对扫描表面处的照明斑的间隔进行测量。例如，光学传感器可以被安置成在扫描的开始或结束这二者任一时接收来自扫描表面的附近的光束。在其他示例中，在扫描330光束期间（例如，在扫描期间）通过对光束进行截取和采样来执行测量340间隔。例如，可以使用摄像机或类似的成像系统来测量340照明斑之间的间隔或等价地是光束自身的间隔。
在一些示例中，光学扫描的方法300进一步包括提供350反馈，以改变焦距并且以调整320间隔。例如，提供350反馈可以被用来控制可调整准直器的可变或可调整焦距。根据各种示例，可以在由扫描330所提供的光束的多个扫描的成功扫描期间和之间这二者中的一个或两个提供350反馈。例如，可以由伺服机械控制系统来提供350反馈。
因而，已描述了光学扫描装置、激光阵列扫描系统、和光学扫描的方法的示例，其采用被耦合到微透镜的光发射器阵列以实现光束间隔和照明斑大小的独立控制。应该理解的是，上述示例仅对表示本文所描述原理的许多特定示例中的一些进行说明。清晰地，本领域技术人员能够容易地设计很多其他的布置而不背离如由以下权利要求所定义的范围。

Claims (10)

1.一种光学扫描装置包括：
提供多个光束的光发射器的阵列；
多个微透镜，其接收光束并且以是一的阵列放大率来形成所述阵列的中间图像，所述中间图像包括多个斑，每个斑与所述光束中的不同的一个相对应；
接收来自所述中间图像的多个光束的准直器；
光束扫描器，其在扫描中方向上对从所述准直器接收到的光束进行扫描；以及
扫描透镜，其使被扫描的光束聚焦以在扫描表面上形成照明斑的布置，所述照明斑的布置形成所述阵列的图像。
2.权利要求1的光学扫描装置，其中多个微透镜中的每个微透镜包括具有第一关联放大率以提供对应光束的快轴方向会聚的第一微透镜元件，以及具有第二关联放大率以提供对应光束的慢轴方向会聚的第二微透镜元件。
3.权利要求1的光学扫描装置，其中多个微透镜中的每个微透镜具有提供光束的快轴方向会聚的第一表面以及提供光束的慢轴方向会聚的第二表面。
4.权利要求1的光学扫描装置，其中光发射器是边发射激光二极管，并且其中微透镜在所述微透镜的输出处将由边发射激光二极管所产生的光束的半高半宽（HWHM）锥角的量值减小到原来的至少十分之一。
5.权利要求1的光学扫描装置，其中准直器是具有可调整焦距的可调整准直器，所述可调整焦距是可调整的，以改变扫描表面上的照明斑的布置中的照明斑之间的间隔。
6.权利要求5的光学扫描装置，其中可调整准直器的焦距在所述焦距的中心值附近的正百分之五和负百分之五之间可调整。
7.权利要求5的光学扫描装置，其中可调整准直器的焦距根据扫描表面上的照明斑的所测量的间隔是可调整的，所测量的间隔由实时反馈测量系统来提供。
8.权利要求1的光学扫描装置，其中扫描透镜包括：
第一透镜元件，其在扫描中方向上具有光学功率并且在交叉扫描方向上具有光学功率，所述第一透镜元件的交叉扫描方向光学功率是正的并且大于所述第一透镜元件的扫描中方向光学功率，所述交叉扫描方向垂直于扫描中方向；
第二透镜元件，其在扫描中方向上具有负光学功率以及在交叉扫描方向上具有负光学功率；
第三透镜元件，其在扫描中方向上具有正光学功率以及在交叉扫描方向上具有正光学功率；以及
第四透镜元件，其在扫描中方向上具有光学功率以及在交叉扫描方向上具有光学功率，所述第四透镜元件的交叉扫描光学功率是正的并且大于所述第四透镜元件的扫描中方向光学功率，
其中在光束扫描器和扫描表面之间以上升数字次序来光学地安置第一、第二、第三、和第四透镜元件。
9.一种光学扫描的方法，所述方法包括：
通过使用单独的微透镜分别地对每个光发射器进行成像来对由光发射器的阵列所产生的多个光束的锥角进行调整，以便以是一的阵列放大率来形成所述阵列的中间图像，所述中间图像包括中间图像平面处的多个斑；
使用可调整准直器来对扫描表面处的由光束所产生的照明斑之间的间隔进行调整；以及
跨扫描表面在扫描中方向上对光束进行扫描，
其中照明斑的布置形成所述阵列的图像。
10.权利要求9的光学扫描的方法，进一步包括：
对扫描表面处的照明斑之间的间隔进行测量；以及
提供反馈来改变准直器的焦距以调整所述间隔，
其中在扫描期间以及在照明斑的多个扫描的扫描之间这二者中的一个或两个提供所述反馈。
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