CN104956652B - 激光扫描系统的单面主轴实现方式 - Google Patents

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Abstract

一种系统包括激光扫描系统。该系统包括产生光学扫描束的扫描激光器。该系统还包括主轴组件，该主轴组件包括沿轴线延伸并反射该光学扫描束的主轴。该系统还包括束探测器，用于接收从单个面反射的光学扫描束，并指示对于给定扫描操作何时基于该光学扫描束产生与图像对应的潜像。该系统进一步包括扫描控制器，用于控制该扫描激光器，使得在给定扫描操作期间该光学扫描束仅从该主轴的单个面反射。

Description

激光扫描系统的单面主轴实现方式
背景技术
激光扫描系统可以典型地实现脉冲激光信号，该脉冲激光信号从旋转主轴的各面反射，以产生与扫描图像相对应的潜像。典型的激光扫描主轴可以包括多个面，多个面均被镜面化，以当主轴旋转时以主轴的每个相应角度反射脉冲激光信号。在主轴的各面中的相关错误可以导致打印缺陷，诸如激光扫描龟纹。例如，各个面相互之间的定位、方位和平整度的轻微变化可以导致这种打印和扫描的缺陷。因此，这些打印和/或扫描缺陷可以负面影响图像的扫描质量。这种打印和/或扫描缺陷可能在包括超过一个颜色窗格的实现方式中甚至更加明显。
附图说明
图1示出激光扫描系统的示例。
图2示出激光扫描主轴的示例。
图3示出主轴组件的示例。
图4示出激光扫描主轴的另一示例。
具体实现方式
图1示出激光扫描主轴10的示例。激光扫描系统10可以被实现在各种激光扫描和/或打印设备中。激光扫描系统10包括被配置为针对每个扫描操作控制扫描激光器13的扫描控制器12。扫描激光器13被配置为产生光学扫描束OPTIMG。扫描激光器13可以基于扫描控制器12的操作以足以创建潜像的功率提供作为脉冲激光信号的光学扫描束OPTIMG，如这里更具体描述的。
激光扫描系统10还包括主轴组件14，主轴组件14包括激光扫描主轴16。光学扫描束OPTIMG被提供至由主轴组件14中的附加部件旋转的激光扫描主轴16。例如，主轴组件14可以包括使激光扫描主轴16旋转的电机以及将激光扫描主轴16联接至与电机相关联的转子的轴承系统。激光控制器12可以被配置为以这样的方式控制扫描激光器13，即在给定扫描操作期间光学扫描束OPTIMG仅从激光扫描主轴16的单个面反射以产生潜像。换言之，在给定扫描操作期间，光学扫描束OPTIMG仅从激光扫描主轴16的单个面反射。如这里描述的，术语“扫描操作”指的是使用激光扫描系统10创建单个潜像。作为一个示例，激光扫描主轴16可以仅包括单个面，使得该单个面被实现为反射光学扫描束OPTIMG。作为另一个示例，激光扫描主轴16可以包括多个面，但是对于给定扫描操作，光学扫描束OPTIMG仅从多个面中的单个面反射。作为又一示例，光学扫描束OPTIMG可以在激光扫描主轴16的每一个完整旋转下从该单个面反射。
因此，激光扫描主轴16可以仅在激光扫描主轴16的特定有效旋转角期间反射入射的光学扫描束OPTIMG，其中光学扫描束OPTIMG可以基于扫描控制器12以该特定有效旋转角入射到该单个面上。反射的光学扫描束OPTIMG从激光扫描主轴16提供至束探测器18，其中束探测器18包括共同形成光学光导体(OPC)系统的多个光电探测器20。作为示例，光电探测器20可以被配置为光电晶体管和/或PIN型光电二极管。因此，OPC系统可以为与光学扫描束OPTIMG相关联的每条扫描线产生潜像。
对于典型的激光主轴，多个面相互之间的定位、方位和平整度的轻微变化可以导致打印和扫描缺陷，诸如龟纹。例如，典型的激光扫描系统实现具有不止一个面(例如，十个面)的主轴。在典型的激光主轴中，多面镜相对于电机转子的中心轴的偏心率连同诸如镜对镜研磨角误差的其它影响因素可能是扫描龟纹的主要缘由。然而，通过在激光扫描主轴16上仅实现单个面，激光扫描系统10可以以基本上不会导致打印和/或扫描缺陷的方式提供潜像。因为扫描和/或打印缺陷可产生于一个面相对于其它面的定位、方位和平整度的变化，因此以非多面镜布置方式实现单个面根据从该单个面反射的一致性和可重复性能而减少了这种缺陷。因此，在实现激光扫描系统10时显著减轻了激光扫描龟纹。
此外，基于扫描激光器13以及作为主轴组件14的部分的主轴电机和轴承系统的特定参数的实现，激光扫描系统10可以提供以至少与典型激光扫描系统一样快的速度扫描的能力，其中该典型激光扫描系统实现包括不止一个面(例如，十个面)的主轴。因此，激光扫描系统10可以提供基本没有诸如扫描龟纹的缺陷的扫描能力，同时维持快速扫描速度。另外，因为激光扫描主轴16可以仅包括单个面，与典型激光器主轴的多个面相反，因此相对于典型激光器主轴，激光扫描主轴16的尺寸可以显著地减小，如这里更具体描述的。此外，通过取消激光扫描系统10中的多面镜布置，消除了多面镜锐边上的空气阻力，因此显著降低了在办公环境中可能成为麻烦的噪声。
图2示出激光扫描主轴50的示例。激光扫描主轴50以三个平面图的形式展示在图2的示例中，三个平面图分别被展示为具有X、Y和Z轴向设计的52、54和56。激光扫描主轴50可以与图1示例中的主轴组件14中的激光扫描主轴16相对应。因此，在图2示例的以下描述中参考了图1的示例。
激光扫描主轴50基本上是圆柱形，并且在第一端58与第二端60之间沿图2的示例中展示为Y轴的轴线延伸，其中该圆柱形具有限定的外径“D”。作为示例，外径“D”可以显著地小于典型激光主轴(例如，典型激光主轴直径的十分之一)。例如，激光扫描主轴50的外径“D”可以小于3mm。如这里所描述的，“基本上圆柱形”的意思可以是相对于Y轴具有圆形截面的圆柱形，或者相对于激光扫描主轴50的形状可以被用来指棱柱，诸如具有质心位于Y轴的各种截面图形(例如，六角形、八角形等)中的任一种。激光扫描主轴50包括沿激光扫描主轴50的轴向长度延伸的第一基本平坦表面62。图2的示例中，第一基本平坦表面62展示为沿激光扫描主轴50的长度居中。第一基本平坦表面62被展示为相对于外径基本上凹陷，使得第一基本平坦表面62在自外径的径向内部延伸，其中第一基本平坦表面62的X轴边缘与激光扫描主轴50的外径相交。第一基本平坦表面62可以被镜面化，使得第一基本平坦表面62相当于用于反射光学扫描束OPTIMG的单个面。
激光扫描主轴50还包括沿激光扫描主轴50的轴向长度延伸的第二基本平坦表面64。类似于第一基本平坦表面62，在图2的示例中，第二基本平坦表面64被展示为沿激光扫描主轴50的长度居中。第二基本平坦表面64被展示为相对于外径基本上凹陷，使得第二基本平坦表面64在自外径的径向内部延伸，其中第二基本平坦表面64的X轴边缘与激光扫描主轴50的外径相交。在图2的示例中，第二基本平坦表面64全等于第一基本平坦表面62，并且关于Y轴与第一基本平坦表面64相对设置。
作为示例，第二基本平坦表面64可未被镜面化，使得仅第一基本平坦表面62被镜面化。因此，激光扫描主轴50可以仅包括可以作为单个面操作的单个表面(例如，第一基本平坦表面62)。作为另一示例，第二基本平坦表面64也可以被镜面化，诸如为了便于制造和/或安装。因此，第一基本平坦表面62和第二基本平坦表面64中的任一个可以相当于单个面，使得激光扫描系统10被配置为针对给定的扫描操作仅从第一基本平坦表面62和第二基本平坦表面64中的一个基本平坦表面反射光学扫描束OPTIMG，以产生潜像。第一基本平坦表面62和第二基本平坦表面64中的、作为反射光学扫描束OPTIMG的单个面操作的这一个基本平坦表面对于每一个扫描操作可以是相同的，或者从一个扫描操作到另一个扫描操作可以是任意的。不管怎样，第二基本平坦表面64可以被提供在激光扫描主轴50上，以平衡激光扫描主轴50，以在其高速(诸如至少100,000RPM(例如，200,000RPM))旋转时提供稳定性。此外，因为第一基本平坦表面62和第二基本平坦表面64是凹陷的(例如，在自外径的径向内部延伸)，因此激光扫描主轴50上的环向应力可以被显著地减小，以避免激光扫描主轴50在高旋转速度下粉碎。
图3示出主轴组件100的示例。主轴组件100可以与图1示例中的主轴组件14相对应。因此，在图3示例的以下描述中参考了图1的示例。
主轴组件100包括激光扫描主轴102，激光扫描主轴102可以与图2示例中的激光扫描主轴50相对应。主轴组件100还包括主轴电机104和主轴轴承系统106。主轴电机104可以被配置为使激光扫描主轴102快速旋转。例如，主轴电机104可以提供足够的旋转速度，以实现基本上能够与具有多个面(例如，十个面)的典型激光主轴可比的扫描速度。作为示例，为了实现近似能够与包括十个面并且以近似20,000RPM的速率旋转的典型激光主轴可比的扫描速度，主轴电机104可以被配置为使激光扫描主轴102以典型激光主轴的十倍速度(例如，200，000RPM)旋转。主轴电机104可以被配置为例如开关两相DC感应电机，其可以是包括外部定子和内部转子结构的无刷电机。使用这种结构，主轴电机104可以实现使激光扫描主轴102旋转以提供能够与典型激光扫描系统可比的扫描速度的旋转速度。
主轴轴承系统106被配置为将激光扫描主轴102联接至主轴电机104。由于激光扫描主轴102的直径相对于典型激光主轴显著减小，因此主轴轴承系统106可以被实现在各种结构中，来实现在主轴电机104的高旋转速度下的充分联接。例如，主轴轴承系统106可以被配置为用于高速下的径向轴承和推力轴承的空气轴承。作为另一示例，主轴轴承系统106还可以包括宝石轴承，激光扫描主轴102在达到推力空气轴承启动的临界速度之前在宝石轴承上旋转。作为又一示例，主轴轴承系统106还可以包括或替代性地包括磁悬浮轴承系统。因此，在由主轴电机104提供的高旋转速度下，主轴组件100中的空气和/或磁悬浮轴承系统可以支持激光扫描主轴102在基本上零摩擦和磨损的情况下旋转，并且提供自然衰减特性。
图4示出激光扫描主轴150的另一示例。激光扫描主轴150可以与图1-3示例中的激光扫描主轴16、50和102相对应。因此，在图4示例的以下描述中参考了图1-3的示例。
激光扫描主轴150以三个分开的视图的形式提供在图4的示例中，这三个视图在图4的示例中被展示为152、154和156。在视图中的每一个中，激光扫描主轴150被展示为例如基于主轴电机104的旋转以及激光扫描主轴150基于主轴轴承系统106与主轴电机104的联接而绕着Y轴旋转，由箭头158展示。激光扫描主轴150被展示为包括沿激光扫描主轴150的轴向长度延伸并且在自激光扫描主轴150的外径的径向内部延伸的第一基本平坦表面160。第一基本平坦表面160可以相当于激光扫描主轴150的单个面。因此，在图4的示例中，光学扫描束OPTIMG随着第一基本平坦表面160绕着Y轴旋转而被提供到第一基本平坦表面160上。作为示例，光学扫描束OPTIMG可以由图1示例中的扫描激光器13产生。因此，扫描激光器13可以产生基本以第一基本平坦表面160的有效反射角θ计时的脉冲式光学扫描束OPTIMG，使得光学扫描束OPTIMG入射在第一基本平坦表面160上。因此，光学扫描束OPTIMG可以跨激光扫描主轴150的有效反射角θ从第一基本平坦表面160反射，如通常以162提供。
在第一视图152中，激光扫描主轴150被展示为旋转一角度θ，使得在第一视图152中，激光扫描主轴150从0°旋转至θ°。在第二视图154中，激光扫描主轴150被展示为在180°开始其旋转，使得在第二视图154中，激光扫描主轴150从180°旋转至(180+θ)°。在第二视图154中，激光扫描主轴150被展示为包括第二基本平坦表面164。第二基本平坦表面164可以全等于第一基本平坦表面160，并且可以被提供在激光扫描主轴50上，来平衡激光扫描主轴150，以在其高速(例如，200,000RPM)旋转时提供稳定性。第二基本平坦表面164可以被镜面化，以相当于第二面，或可未被镜面化。然而，在第二基本平坦表面164被镜面化的示例中，第二基本平坦表面164不被实现为反射图4示例中的光学扫描束OPTIMG的面。
在第三视图156中，激光扫描主轴150被展示为在360°处开始其旋转，使得在第三视图156中，激光扫描主轴150从360°旋转至(360+θ)°。因此，因为激光扫描主轴150已经执行全程旋转，因此光学扫描束OPTIMG可以再次跨激光扫描主轴150的有效反射角θ从第一基本平坦表面160反射，如通常以162提供。因此，激光扫描主轴150针对给定扫描操作(诸如在激光扫描主轴150的每个全程旋转)仅实现单个面，来反射光学扫描束OPTIMG，以显著地减轻扫描缺陷和/或打印缺陷。
由于激光扫描主轴150的显著提高的旋转速度，扫描激光器13可以被配置为满足为实现能够与典型激光扫描系统明显可比的扫描速度所必须的要求。在之前相对于图3提供的示例中，典型的十面激光主轴可以以近似20,000RPM的速度旋转。因此，为了实现可比的扫描速度，主轴电机104可以使激光扫描主轴150以近似200,000RPM(即，典型的十面激光主轴的十倍)旋转。因此，扫描激光器13可以被配置为提供脉冲近似为典型的十面激光主轴所需的脉冲的十倍的光学扫描束OPTIMG，这可以通过多种不同类型的激光器实现。
此外，激光扫描主轴150的快速旋转速率导致入射在光电探测器20上的光学扫描束OPTIMG的能量相对于典型的激光扫描系统显著减小(例如，比十面主轴的示例中的能量小十倍)。因此，扫描激光器13可以被配置为在更高的功率(例如，比典型的激光扫描系统中的功率高十倍)下产生光学扫描束OPTIMG，以实现可比的且为产生相应的潜像所必须的功率量。然而，因为基于面的数目减小以及旋转速度的增加，扫描激光器13提供光学扫描束OPTIMG的次数比典型的激光扫描系统少(例如十分之一次数)，所以由扫描激光器13消耗的平均功率可与典型的激光扫描系统中的扫描激光器近似相同，以实现近似相同的扫描速度。作为另一示例，激光扫描系统针对每个颜色窗格可不只是包括单个激光器(例如，扫描激光器13)。通过为每个颜色窗格实现多个激光器，激光器中的每一个的功率可以被显著减少，激光扫描主轴150的旋转速率也可以减小。
此外，如之前描述的，因为激光扫描主轴150仅包括第一基本平坦表面160，与典型激光器主轴的大量面是相反的，因此激光扫描主轴150的尺寸相对于典型激光器主轴可以显著地减小。例如，激光扫描主轴150可以具有近似是典型的十面激光主轴的直径的十分之一的外径。因此，基于激光扫描主轴150的直径相对于典型激光主轴的相对减小，光学扫描束区域的有效反射角θ可以近似与典型激光主轴(例如，具有十个面)的有效反射角相同。换言之，激光扫描主轴150相对于典型激光主轴减小的直径以及基本平坦表面与激光扫描主轴150的外径相交，可以导致处于有效反射角θ内的外径的比例近似相等。最终，可以由光学扫描束OPTIMG提供的可寻址像素的数目可以与典型的激光扫描系统近似相同。因此，激光扫描主轴150相对于典型激光主轴减小的尺寸不损害激光扫描系统10的性能。
以上所描述的是示例。当然，不可能描述各部件或方法的每一个可能的组合，但是本领域普通技术人员会意识到，很多其它组合和排列是可能的。因此，本发明旨在包含所有这种落在本申请的、包括所附权利要求的范围内的变化、修改和改变。此外，如果本公开或权利要求叙述“一”、“第一”或“另一个”元件或其等价，则应当被解释为包括一个或多个这种元件，既不要求也不排除两个或更多这种元件。如这里使用，术语“包括”的意思是包括但不限于。术语“基于”的意思是至少部分基于。

Claims (15)

1.一种激光扫描系统，包括：
扫描激光器，用于产生光学扫描束；
主轴组件，包括沿轴线延伸并反射所述光学扫描束的主轴，其中所述主轴被布置为基本圆柱形主轴，所述基本圆柱形主轴具有沿所述主轴的轴向长度延伸的基本平坦表面，所述基本平坦表面被镜面化，以相当于用于反射所述光学扫描束的单个面；
束探测器，用于接收从所述单个面反射的光学扫描束，并指示对于给定扫描操作何时基于所述光学扫描束产生与图像对应的潜像；以及
扫描控制器，用于控制所述扫描激光器，使得所述光学扫描束在所述给定扫描操作期间仅从所述主轴的单个面反射。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述基本平坦表面在相对于所述基本圆柱形主轴的外径的径向内部延伸。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述基本平坦表面是第一基本平坦表面，所述主轴进一步包括第二基本平坦表面，所述第一基本平坦表面和所述第二基本平坦表面关于所述轴线彼此相对设置。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述第一基本平坦表面和所述第二基本平坦表面中的每一个是全等的，并且被布置为位于所述主轴的第一端与第二端之间的中央位置。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述主轴组件包括用于使所述主轴旋转的主轴电机，所述主轴电机被配置为包括外部定子和内部转子的两相DC感应电机。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述主轴电机被配置为使所述主轴以至少100,000RPM的速度旋转。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述主轴组件包括主轴轴承系统，所述主轴轴承系统包括空气轴承和磁悬浮轴承中的一种，以将所述主轴联接至与主轴电机相关联的转子。
8.一种激光扫描主轴，在第一端与第二端之间沿轴线延伸并包括基本圆柱形外径，所述激光扫描主轴包括用于实现所述激光扫描主轴的单个面，其中对于给定扫描操作，光学扫描束仅从所述单个面反射，其中所述单个面包括相对于所述基本圆柱形外径沿所述激光扫描主轴的轴向长度延伸的第一基本平坦表面，所述第一基本平坦表面被镜面化。
9.根据权利要求8所述的激光扫描主轴，进一步包括关于所述轴线与所述第一基本平坦表面相对设置的第二基本平坦表面，所述第一基本平坦表面和所述第二基本平坦表面是全等的。
10.根据权利要求8所述的激光扫描主轴，其中所述基本平坦表面在相对于所述激光扫描主轴的所述基本圆柱形外径的径向内部延伸。
11.根据权利要求8所述的激光扫描主轴，其中所述基本圆柱形外径小于3毫米。
12.一种激光扫描系统，包括：
扫描激光器，用于产生光学扫描束；
主轴组件，包括：
主轴，沿轴线延伸并反射所述光学扫描束，所述主轴被布置为基本圆柱形主轴，所述基本圆柱形主轴具有基本平坦表面，所述基本平坦表面沿所述主轴的轴向长度延伸，并在相对于所述基本圆柱形主轴的外径的径向内部延伸，所述基本平坦表面被镜面化，以相当于一面；
主轴电机，用于使所述主轴旋转；和
主轴轴承系统，用于将所述主轴联接至与所述主轴电机相关联的转子；
束探测器，用于接收所反射的光学扫描束，并指示对于给定扫描操作何时基于所述光学扫描束产生与图像对应的潜像；以及
扫描控制器，用于控制所述扫描激光器，使得所述光学扫描束在所述给定扫描操作期间仅从所述主轴的所述面反射。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述基本平坦表面是第一基本平坦表面，所述主轴进一步包括第二基本平坦表面，所述第一基本平坦表面和所述第二基本平坦表面是全等的并且关于所述轴线彼此相对设置。
14.根据权利要求12所述的系统，其中所述主轴主机被配置为包括外部定子和内部转子的两相DC感应电机。
15.根据权利要求12所述的系统，其中所述主轴轴承系统包括空气轴承和磁悬浮轴承中的一种。
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