CN1063851C - 级联扫描光学系统 - Google Patents

Abstract

一种级联扫描光学系统，它包括：一个第一激光扫描光学系统，用于产生一条第一扫描线，和一个第二激光扫描光学系统，用于产生一条第二扫描线，其中所述第一和第二激光扫描光学系统设置为，使得沿主扫描方向第一扫描线和第二扫描线在其接触点相互结合，产生一条单一扫描线，并且其中第一和第二激光扫描光学系统都设计为非远心光路系统，其中第一和第二激光束相应之一相对于所述表面的入射角随第一和第二激光束相应之一的扫描光斑在所述表面上沿主扫描方向的位置的改变而改变。

Description

级联扫描光学系统

本发明涉及一种级联扫描光学系统，它具有沿着主扫描方向设置、并受控同步工作以实现宽扫描线的多个激光扫描光学系统。

已知有一种级联扫描光学系统，它具有沿着主扫描方向设置以实现宽扫描行的多个激光扫描光学系统。此类型的扫描光学系统公开在1986年1月20日出版的日本专利公开说明书No.61-11720中。此说明书公开了一种具有一对激光扫描光学系统的级联扫描光学系统，每个激光扫描光学系统都有一个激光束发射器，一个用作偏转装置的多角镜，一个fθ透镜，等等。这对激光扫描光学系统被同步地驱动，以便沿着光电导表面上的与感光鼓轴向平行延伸的公共线，向感光鼓的光电导表面(扫描表面)发射相应的扫描激光束。这对扫描激光束分别扫描光电导表面上公共线的两个相邻区域，从而在一个宽的区域内沿着主扫描方向扫描感光鼓的光电导表面。

在这种类型的级联扫描光学系统中存在着一个重要问题有待解决。也即从级联扫描光学系统的一个激光扫描光学系统发射的扫描激光束在感光鼓上产生的一条扫描线，与从级联扫描光学系统的另一个激光扫描光学系统发射的扫描激光束在此感光鼓上产生的另一条扫描线，如何能够精确地联合，以使之在主扫描方向或分扫描方向上既不互相分离又不互相重叠，即实现利用上述独立扫描线的组合形成一条直的连续扫描线。

在以下情况下，若级联扫描光学系统的每一个激光扫描光学系统被设计成非远心光路系统，其中扫描激光束相对于感光鼓的光电导表面的入射角随扫描激光束的扫描光斑在光电导表面上沿主扫描方向的位置的变化而改变，则由一个激光扫描光学系统产生的扫描线，就不能和另一个激光扫描光学系统产生的另一个扫描线在感光鼓的光电导表面上精确地结合。也即如果光电导表面偏离其初始位置即使一个微小量，则在主扫描方向上那些扫描线也会有一定量的相互分离或相互重叠。

在下面的情况下，若级联扫描光学系统的每个激光扫描光学系统被设计为远心光路系统，其中每个激光扫描光学系统的扫描激光束总是沿着与感光鼓轴向相垂直的方向，尤其是沿着正交于感光鼓母线的方向，入射在光电导表面上，则不会发生在非远心光路系统情况下的前述问题，但是必须使每一个激光扫描光学系统设置在分扫描方向的不同位置处，以使各激光束相对于光电导表面的角度不同，从而防止各个激光束互相干扰。然而，在这种设置中，如果光电导表面偏离其初始位置即使一个很小量，那么一个激光扫描光学系统产生的一条扫描线与另一个激光扫描光学系统产生的另一条扫描线，在分扫描方向上也会互相偏离，并且相应地使前一扫描线与后一扫描线在主扫描方向不能互相结合，致使由在感光鼓光电导表面上沿主扫描方向延伸的那些扫描线结合而产生的宽扫描线不能形成。

本发明的主要目的在于提供一种级联扫描光学系统，具有一对都设计为非远心光路系统的激光扫描光学系统，其中这对激光扫描光学系统之一所发射的扫描激光束在扫描表面产生的一条扫描线与这对激光扫描光学系统的另一个所发射的扫描激光束在扫描表面产生的另一条扫描线，在主扫描方向上不会互相远离或者互相过分重叠，即使扫描表面偏离其初始位置也如此。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种级联扫描光学系统，它包括一个第一激光扫描光学系统，用于发射一束第一激光束扫描一个部件的表面以产生一条第一扫描线，和一个第二激光扫描光学系统，用于发射一束第二激光束扫描上述表面以产生一条第二扫描线，其中所述第一和第二激光扫描光学系统设置为，使得沿主扫描方向第一扫描线和第二扫描线在其接触点相互结合，产生一条单一扫描线，所述主扫描方向与所述扫描线方向一致，并且其中第一和第二激光扫描光学系统都设计为非远心光路系统，其中第一和第二激光束相应之一相对于扫描表面的入射角随第一和第二激光束相应之一的扫描光斑在扫描表面上沿主扫描方向的位置的改变而改变，更进一步地，其中第一和第二激光束在接触点附近相对于扫描表面的入射角预先设定为大于其在单一扫描线相对两端的对应一端附近的入射角。通过此种设置，由于前一入射角预定为大于后一入射角，因此在部件表面偏离其初始位置的情况下，与部件表面的位置变化相比，前一入射角的变化不大。相应地，第一和第二扫描线在主扫描方向上不会互相远离或者互相过分重叠，即使扫描表面偏离其初始位置。

优选地，所述部件为一个其外围具有所述表面的鼓，所述鼓的轴向与所述扫描线方向一致。

最好满足下列公式：

(a/2)tanθ＞(b+c)/2

其中“θ”表示第一和第二激光束之一在接触点附近相对于扫描表面的入射角，

“a”表示第一和第二扫描激光束的扫描光斑之间在扫描表面上接触点发生的允许偏移量(mm)，

“b”表示缘于在安装感光鼓时的安装误差所引起的感光鼓对其初始位置的偏移所产生的在垂直于感光鼓轴向的方向感光鼓的偏移幅度(mm)，且

“c”表示缘于感光鼓的外部圆周表面的公差所产生的在垂直于感光鼓轴向的方向感光鼓的偏移幅度(mm)。

第一和第二激光扫描光学系统最好由相同的光学元件组成。

上述光学元件最好包括一个激光束发射器，一个多角镜和一个fθ透镜。

上述第一和第二激光扫描光学系统最好对称设置。

下面参照附图对本发明作详细描述，其中：

图1为采用本发明的级联扫描光学系统的第一实施例的透视图，其中只画出了主要元件；

图2是图1所示级联扫描光学系统的部分平面图；且

图3是设置在图1所示级联扫描光学系统中的激光准直单元的剖面图。

图1和图2表示了级联扫描光学系统的一个实施例，它用于扫描设置在激光打印机中的感光鼓(旋转部件)10的光电导表面。此级联扫描光学系统设有一对激光扫描光学系统，即第一扫描光学系统20A和第二扫描光学系统20B。第一和第二扫描光学系统20A和20B都设计为非远心系统，以使第一和第二光学系统20A和20B每一个发射的扫描激光束相对于感光鼓10的光电导表面的入射角随此扫描激光束的扫描光斑在光电导表面上沿主扫描方向的位置的改变而改变。第一和第二扫描光学系统20A和20B，设置有相同的光学元件或部件，也就是说，第一扫描光学系统20A设置有一个用作激光束发射器的激光准直单元21A，一个柱面透镜23A，一个多角镜24A，一个fθ透镜组25A，一个辅助透镜26A和一个反射镜27A；而第二扫描光学系统20B设置有一个用作激光束发射器的激光准直单元21B，一个柱面透镜23B，一个多角镜24B，一个fθ透镜组25B，一个辅助透镜26B和一个反射镜27B。fθ透镜组25A和25B分别包括两个透镜元件，如图1所示。第一和第二扫描光学系统20A和20B在平行于感光鼓10轴向的方向并排设置并由一个公共壳体35支撑在其内部平面表面上。

激光准直单元21A和21B是相同的。图3显示了激光准直单元21A(21B)。单元21A和21B分别设置有一个激光二极管LD和一个含有一对透镜元件的准直透镜组22A或22B。

在第一和第二扫描光学系统20A和20B的每一个中，激光二极管LD发出的激光束通过准直透镜组22A或22B准直。然后此准直激光束入射到位于相应激光准直单元21A或21B之前的柱面透镜23A或23B上。激光准直透镜23A或23B在分扫描方向上具有如下功能，使得入射于其上的激光束的光斑在此相同方向得以拉长，以入射到相应多角镜24A或24B上。分别驱动多角镜24A或24B，以使入射于其上的激光束上得到折射，分别通过fθ透镜组25A和25B以及辅助透镜26A和26B投射向反射镜27A或27B。接下来，入射于反射镜27A和27B的激光束经其反射向感光鼓10，从而沿主扫描方向对之进行扫描。

各个辅助透镜26A和26B的作用主要在于分扫描方向上。为减小此级联扫描光学系统的尺寸，可以省略各辅助透镜26A和26B。在此情况下，fθ透镜组25A和25B分别设计为具有类似于辅助透镜的功能。图2中没有画出辅助透镜26A和26B。

多角镜24A以顺时针方向旋转，而多角镜24B以逆时针方向旋转，如图2所示。也就是说，多角镜24A和24B以相反的旋转方向进行旋转，从而从感光鼓10光电导表面的大致中心处，沿着相反方向朝着其相应的相对两端对其进行扫描。反射镜28A固定地设置在壳体35中，其位置为，当多角镜24A旋转时，在每一次扫描中扫描激光束通过辅助透镜26A和反射镜27A而入射到感光鼓10的光电导表面之前，它能够接收到来自fθ透镜组25A的扫描激光束。由反射镜28A反射的激光束入射到激光束探测器29A上，该探测器固定于壳体35中与反射镜28A相对的位置。同样，反射镜28B固定于壳体35中，其位置为，在多角镜24B旋转时在每一次扫描中扫描激光束通过辅助透镜26B和反射镜27B入射到感光鼓10的光电导表面之前，该反射镜能够接收到来自fθ透镜组25B的扫描激光束。由反射镜28B反射的激光束入射到激光束探测器29B上，该探测器固定于壳体35中与反射镜28B相对的位置。

根据给定的图象数据分别控制激光准直单元21A和21B的激光二极管LD，以对其激光发射进行开或关，从而在感光鼓10的光电导表面上产生一个对应象(电荷潜象)，然后根据传统的电子照相方法将产生在感光鼓10光电导表面上的该图象转印到平面纸张上。通过利用激光束探测器29A，29B同步地控制多角镜24A和24B，以使在感光鼓10的光电导表面上，第一扫描光学系统20A发出的扫描激光束光斑的扫描起始点与第二扫描光学系统20B发出的扫描激光束光斑的扫描起始点，得以适当且精确地邻接，从而使在主扫描方向上沿相反方向互相分离移动的这两个光斑在感光鼓10的光电导表面上形成一条宽的扫描线。随着感光鼓10与每个多角镜24A和24B的旋转运动同步地旋转，在感光鼓10的光电导表面上产生一系列宽的扫描线，从而在感光鼓10的光电导表面获得一定的图象(电荷潜象)。

在第一和第二扫描光学系统20A和20B每一个中，其激光束在感光鼓10的光电导表面上的入射角按下述方式预先设定。相对于光电导表面的入射角θ°(度)，理论上位于大于0°且小于180°的范围内(0°＜θ(180°)。然而，为说明起见，入射角θ°表示为等于或小于90°的角度(θ≤90°)。

如图2所示，这对扫描激光束的一对扇形路径在主扫描方向上相对于如下分界线对称地设置，此分界线通过这对扫描激光束在感光鼓10的光电导表面形成的两条扫描线的相对端相结合的点(接触点)。

假定这对扫描激光束分别入射在感光鼓10的光电导表面上前述接触点处的入射角为“θ”，这对扫描激光束分别入射在感光鼓10的光电导表面上的宽扫描线的相应相对两端处的入射角为“β”，在本实施例中预先设定θ大于β(θ＞β)。在入射角θ设定为大于入射角β，最好为接近90°的此种情况下，与感光鼓10偏离其初始位置时感光鼓10位置的偏移量相比，入射角θ的改变不大。也就是说，在感光鼓10的光电导表面上，这对扫描激光束之一产生的一条扫描线与这对扫描激光束另一个产生的另一条扫描线，在主扫描方向上前述接触点处不会互相远离或者互相重叠，即使感光鼓10偏离其初始位置。然而，由于入射角β如上所述设定为小于入射角θ，因而在感光鼓10偏离其初始位置的情况下入射角β的改变将大于入射角θ。但是，这仅意味着，这对扫描激光束只是在所述光电导表面上的宽扫描线的相应相对两端(相应扫描末端)或其附近处的光斑位置，与这对扫描激光束在所述光电导表面上的前述接触点或其附近处的光斑位置相比，将改变较大。然而，这并不被看作一个严重问题。

入射角θ最好满足如下公式：

(a/2)tanθ＞(b+c)/2……①

其中“a”表示这对扫描激光束的光斑之间在光电导表面上的前述接触点发生的允许偏移量(mm)(“a”等于或小于扫描激光束的直径)；

“b”表示缘于在安装感光鼓时的安装误差或类似情况所引起的感光鼓10对其初始位置的偏移所产生的，沿扫描激光束的光路方向X(见图2)的感光鼓的偏移幅度(mm)；

“c”表示缘于感光鼓的外围环形表面(柱状表面)的公差所产生的，沿扫描激光束的光路方向X感光鼓的偏移幅度(mm)。光路方向X垂直于主扫描方向延伸。

下面讨论应满足前述公式①的原因。

图2中，安置于其初始位置(理想位置)的待扫描感光鼓10的光电导表面，由初始表面S表示，其上由上述一对扫描激光束在感光鼓10的光电导表面形成的一对扫描线在其接触点处得以适当连接。假设感光鼓10由于例如一个错误，在光路方向X偏离初始表面S位置一个前述偏移量b，并附加地在此方向上进一步偏离一个前述公差c，则其最大偏移量(位移量)由下式表示：

(b+c)/2

此最大偏移量也可由下式表示：

(a/2)tanθ

其中“a”表示，如上所述，这对扫描激光束的光斑之间在光电导表面上的前述接触点处发生的允许偏移量(mm)(“a”等于或小于扫描激光束的直径)；

“θ”表示，如上所述，入射到感光鼓10的光电导表面上的这对扫描激光束之一在前述接触点处的入射角。

由此可得下述等式：

(a/2)tanθ=(b+c)/2

相应地，为使最大偏移量“(b+c)/2”落在允许范围内，必须满足前述公式“(a/2)tanθ＞(b+c)/2”。

在上述实施例中，虽然仅采用了一对激光扫描光学系统20A和20B来产生宽扫描线，但是也可以在主扫描方向上顺序地设置多于一对的激光扫描光学系统来产生宽的扫描线。

对本文所述的本发明特定实施例可作出显而易见的变化，这种改变仍在本发明构思和权利要求书的范围之内。这表明，此说明书的所有内容只是说明性的，它并不限定本发明的范围。

Claims (6)

1．一种级联扫描光学系统，它包括：

一个第一激光扫描光学系统，用于发射一束第一激光束扫描一个部件的表面以产生一条第一扫描线；和

一个第二激光扫描光学系统，用于发射一束第二激光束扫描上述表面以产生一条第二扫描线，

其中所述第一和第二激光扫描光学系统设置为，使得沿主扫描方向第一扫描线和第二扫描线在其接触点相结合，以产生一条单一扫描线，所述主扫描方向与所述扫描线方向一致，

其中所述第一和第二激光扫描光学系统都设计为非远心光路系统，其中所述第一和第二激光束相应之一相对于所述表面的入射角随所述第一和第二激光束相应之一的扫描光斑在所述表面上沿所述主扫描方向的位置的改变而改变，并且

其中所述第一和第二激光束在所述接触点附近相对于所述表面的入射角预先设定为大于其在所述单一扫描线相对两端的对应一端附近的入射角。

2．如权利要求1所述的级联扫描光学系统，其特征在于所述的部件为一个感光鼓，所述的感光鼓外围具有所述的表面，所述感光鼓的轴向与所述扫描线方向一致。

3．如权利要求2所述的级联扫描光学系统，其特征在于满足下列公式：

(a/2)tanθ＞(b+c)/2

其中“θ”表示所述第一和第二激光束之一在所述接触点附近相对于所述表面的入射角，

“a”表示所述第一和第二扫描激光束的所述扫描光斑之间在所述表面上所述接触点处发生的允许偏移量(mm)，

“b”表示缘于在安装所述感光鼓时的安装误差导致的所述感光鼓对其初始位置的偏移所产生的在垂直于所述感光鼓轴向的方向上所述感光鼓的偏移幅度(mm)，且

“c”表示缘于所述感光鼓的外部圆周表面的公差所产生的在垂直于所述感光鼓轴向的所述方向所述感光鼓的偏移幅度(mm)。

4．如权利要求1所述的级联扫描光学系统，其特征在于所述第一和第二激光扫描光学系统由相同的光学元件构成。

5．如权利要求4所述的级联扫描光学系统，其特征在于所述的光学元件包括一个激光束发射器，一个多角镜和一个fθ透镜。

6．如权利要求4所述的级联扫描光学系统，其特征在于所述第一和第二激光扫描光学系统对称地设置。

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