CN107003631A

CN107003631A - 成像和打印系统

Info

Publication number: CN107003631A
Application number: CN201580057901.7A
Authority: CN
Inventors: R·埃马努埃利; M·普洛特金; H·利夫内; N·J·莱昂尼
Original assignee: HP Indigo BV
Current assignee: HP Indigo BV
Priority date: 2015-01-22
Filing date: 2015-01-22
Publication date: 2017-08-01
Also published as: US20170329252A1; JP2017533840A; EP3248069A1; EP3248069A4; WO2016118147A1; US11150572B2; US20210382410A1; JP6419958B2

Abstract

根据一个范例，提供了一种成像系统，所述成像系统包括：壳体；可旋转多棱体，其包括位于所述壳体中的多个镜面；激光器，其用于生成激光束来照射到多棱镜上并反射到目标上；其中，在使用中，所述壳体内的气体的密度使得所述壳体内的与湍流相关的光学畸变不大于预定限制。

Description

成像和打印系统

背景技术

一些打印系统(例如，静电打印系统)包括光学成像系统，以生成表示要被打印在光电导体构件上的图像的静电潜像。

这种成像系统通常使用旋转多棱镜，所述旋转多棱镜使得固定的激光束跨充电的光电导体构件的宽度进行扫描，同时根据要被打印的图像调制激光束使得光电导体上的选择性位置进行放电。

附图说明

现在仅通过非限制性范例参考附图来描述范例，在附图中：

图1a和图1b是根据范例的成像系统的图示；

图2是根据一个范例的液体电子照相(LEP)打印系统的简化的侧视图图示；

图3是根据一个范例的从多棱镜反射的激光束在可分辨像素之间的角度的图示；

图4是根据一个范例的成像系统的简化的侧视图；

图5是根据一个范例的成像系统的简化的侧视图；

图6是根据一个范例的成像系统的图示性操作的图；并且

图7是根据一个范例的成像系统的简化的侧视图。

具体实施方式

液体电子照相(LEP)打印系统(例如，LEP打印机的Hewlett Packard的Indigo类别)多年来一直使用激光成像系统和旋转多棱镜。类似的激光成像系统也被使用在其它打印系统中，例如被使用在一些干色剂激光打印机中。

图1是图示旋转多棱镜如何用于跨目标(例如，打印系统的光电导体元件的部分)重复扫描激光束的简化的平面视图。

在图1a和图1b中，示出了打印系统的成像系统100。成像系统100包括能围绕轴104旋转的多棱镜102。在图1中示出的多棱镜102是在六个面中的每个面上都具有镜子的六棱镜。然而，在其它范例中，可以使用其它多边形形状。

激光成像系统106向镜子102上发出固定的入射激光束110a。镜子102使得反射的激光束110b从分段镜反射到目标上，例如反射到光电导体构件108上。入射激光束110a与反射激光束110b之间的角度依赖于入射激光束110a与分段镜的角度之间的角度。因此，当镜子102旋转时，反射激光束110b从光电导体构件108的第一侧扫描到光电导体构件108的相对侧。在每次扫描期间，根据要被打印图像调制激光束引起光电导体上的选择性位置进行放电。

当镜子102旋转时，在新的分段镜上接收到入射激光束110a，反射激光束110b返回到光电导体构件108的第一侧。

多棱镜旋转的速度确定激光跨光电导体构件的表面扫描的速度，并且这对打印系统的总打印速度具有直接影响。

当多棱镜以高速旋转时(例如，超过10000RPM)，在多棱镜周围的空气流变得非常湍急并且可能因此生成大量噪声。

尽管在本文中一般使用术语“空气”，但是可以理解的是，在某些背景中，术语“空气”可以涵盖更广义的术语“气体”。

对于多棱镜而言被封装在壳体中是常见的。这样做的理由有很多，包括：减少能量消耗；减少噪声；限制对镜子的污染；以及出于安全原因。

在台式激光打印机(其一般设计为在安静的办公环境中使用)中，生成的噪声量必须低于可接受水平。为了实现可接受的噪声水平，可以使用另外的噪声减少技术(例如使用隔音技术)来减少由旋转多棱镜生成的噪声。

在较大的打印系统(例如在更偏重于工业环境中使用的那些系统)中，由旋转多棱镜生成的噪声与由这种打印系统生成的其它噪声相比可以被认为是不显著的。因此，在工业打印系统中，由旋转多棱镜造成的噪声一般不被认为是个问题，因此这种打印系统可以不解决由旋转多棱镜生成的噪声的问题。

现在参考图2，示出了根据一个范例的液体电子照相(LEP)打印系统的简化的图示。尽管在本文中描述的范例涉及LEP打印系统，但是也可以对描述的技术进行任何适当修改以用于其它静电打印系统，例如干色剂激光打印机。

打印系统200包括光电导体构件202。在所示出的范例中，光电导体构件202是鼓的形式，但是在其它范例中光电导体构件202也可以具有不同的形式，例如，连续带或任何其它合适的形式。在操作中，光电导体构件202在箭头所示的方向上旋转。

充电单元204被提供为在光电导体构件的表面上生成实质上均匀的电荷。在一个范例中，所生成的电荷的范围大约在800V到1100V。

成像系统206被提供为通过选择性地向光电导体构件202的表面发出光而选择性耗散在光电导体构件202上的电荷。在一个范例中，成像系统206包括至少一个激光器和旋转多棱镜。成像系统206根据要被打印的图像，或更精确地，根据表示要被打印的图像的单个颜色分离或单个颜色信道的图像而选择性地耗散电荷。

因此，成像系统在光电导体构件202的表面上创建静电潜像，所述光电导体构件202包括充电区和非充电区，所述充电区和所述非充电区对应于图像要接收色剂的部分和图像不接收色剂的部分。

显影器单元208被提供为根据光电导体构件202的表面上的潜像将被存储在显影器单元208内的液体色剂静电地转移到光电导体构件202的表面。液体色剂可以包括电荷导向剂。一旦图像已经在光电导体构件202上显影，该图像可以被静电地转移到中间转移构件210(例如，包层构件)，在加压辊214的压力下用于向前转移到媒介212。在其它范例中，在光电导体构件202上显影的图像可以被直接转移到媒介，而无需使用中间转移构件210。

在一些范例中，清洗单元216可以被提供为在将图像转移到中间转移构件210之后或在直接转移到媒介之后，移除保留在光电导体构件202的表面上的任何色剂痕迹，以及耗散在光电导体构件202的表面上的任何残留电荷。

应当注意，取决于光电导体构件202的尺寸和要被打印的图像的尺寸，对应于调节要被打印的图像的仅一部分的潜像可以在任何时间被呈现在光电导体构件202上。

在图2所示的范例中，提供了单个显影器单元108。在其它范例中，打印系统200可以包括多个显影器单元，例如，对于打印系统被配置为与其一起操作的着色的色剂中的每个均有一个显影器单元。

每个显影器单元可以可缩回地接合，使得每个显影器单元可以与光电导体构件202接合，以当在光电导体构件202上生成对应的颜色分离的潜像时将色剂应用于光电导体构件202。例如，当在光电导体构件202上生成青色分离的潜像时，包含青色色剂的显影器单元与光电导体构件202接合，同时任何其它显影器单元处于缩回位置。

打印系统200的操作一般由打印机控制器218所控制。打印机控制器218包括处理器220(例如，微处理器)，所述处理器220通过适当的通信总线(未示出)被耦合到存储器222。存储器222存储打印系统控制指令224。控制器218可以运行指令224以使得打印机控制器218操作如在本文中所描述的打印系统。

增加打印系统的生产率是许多打印机制造商的重要目标。为了符合该目标，打印系统200被配置为在高达B2尺寸(高达760mm)的媒介上进行打印。作为对比，先前的打印系统(例如，HP Indigo系列3数字打印机的类别)能够在高达A3尺寸(高达320mm)的媒介上进行打印。

打印系统200因此可以使得与先前打印系统相比能够实现生产率的大幅度提高。

较早的打印系统(例如，HP Indigo系列3数字打印机)以每毫米32个像素的分辨率在320mm宽的媒介上(总共10240可分辨像素)进行打印。在这种系统中，在可分辨像素之间的(如从多棱镜反射的)反射激光束的角度大约等于dΘ_像素＝19弧秒。

范例打印系统200还以每毫米32个像素的分辨率在760mm宽的媒介上(总共24320可分辨像素)进行打印。因此，在可分辨像素之间的(如从多棱镜反射的)反射激光束的角度大约等于dΘ_pix＝9弧秒，如图3中所图示的。

现在参考图4，示出了根据一个范例的成像系统206的更详细的侧视图图示。成像系统206包括壳体402，六棱镜404位于该壳体内。壳体402一般是封闭的壳体。镜子404包括六个分段镜，在图4中可见所述六个分段镜中的分段镜404a、404b和404c。镜子404通过轴承408被耦合到驱动轴410。驱动轴410被耦合到驱动单元(未示出)，例如，电动机。激光器406生成激光束，所述激光束从镜子404反射到光电导体构件(例如，图2中示出的光电导体构件202)上。在本文中描述的范例中，入射光束和反射光束在与多棱镜旋转轴垂直的平面中。在一个范例中，壳体402包括对由激光器406窗口生成的激光束透明的一个或多个部分(未示出)。这使得例如入射激光束和反射激光束两者都能够经过透明壳体部分，而不大幅度修改入射激光束和反射激光束。

在使用中，镜子404可以以超过20000PRM的速度旋转。例如，为了使得激光406能够跨B2尺寸的媒介进行扫描，而同时先前打印系统跨A4尺寸的媒介进行扫描，在一个范例中，镜子404可以以大约26800的速度旋转。

为了便于这种高速旋转，多棱镜404被安装在空气轴承408上，例如，螺旋槽空气轴承。空气轴承408在旋转期间生成其自己的气垫，引起低摩擦轴承。在所示的范例中，空气轴承408位于壳体402内。

然而，已经发现使用当前打印系统的打印产生了在先前打印系统中没有出现的图像质量问题，显著的是在由多棱镜的不同分段镜创建的连续图像线之间出现了打印图像强度的随机变化。

在做出许多调查之后，并且在消除可能的原因(例如，镜面不准确性)之后，可以确定使得能够以相同高的分辨率但是在显著更广泛的格式媒介上打印的成像系统的增加的敏感性使得成像系统对由在旋转多棱镜404期间在壳体402内生成的湍流引起的光学畸变敏感。

例如，确定出在高速旋转多棱镜404期间在壳体402内的湍流空气的雷诺数远大于1。此外，确定出在湍流空气中的气压变化高达大约10％。这继而引起空气折射率以大约以下范围变化：

dNrefr＝3×10^-5。

折射率中的该变化对经过该空气的激光束具有对应的效果。

能够将对激光束波前的估计出的湍流效果估计为：

OPD＝dNrefr*D_光束

其中，OPD是光程差，D_光束是良好近似湍流空气区内的光程长度的光束宽度。这导致因要被估计为如下的湍流引起的角度光束偏差：

α_湍流＝OPD/D_光束＝dNrefr＝～3e-5＝6弧秒

因此，发明人已经确定：

α_湍流>～dΘ_像素/2

可能通过旋转多棱镜生成的湍流会不利地影响经过湍流的激光束。

在本范例中，可分辨像素的数量N_分辨可以由如下给出：

N_分辨＝L_格式/(25.4/N_dpi)

其中，L_格式是打印格式宽度(在该范例中是760mm)，并且N_dpi是基本像素寻址率(在该范例中是813dpi)。

光束在多棱体之后的全扫描角度可以由如下给出：

Θ_扫描＝2*(2π/N_分段镜)*占空比

其中，N_分段镜是多棱分段镜的数量(在该情况下是6)，占空比是用于打印的全分段镜扫描的部分(在该范例中大约是0.5)。

在反射多棱光束的空间中相邻像素之间的角步距可以由如下给出：

dΘ_像素＝Θ_扫描/N_分辨＝2*(2π/N_分段镜)*占空比*(25.4/N_dpi)/L_格式。

在该范例中，dΘ_像素＝4.3*10^-5＝8.9弧秒，其指示成像系统206易受到由在镜子404旋转时生成的空气湍流引起的光学畸变的影响。

发明人已经确定与湍流相关的光学畸变在当dΘ_像素<＝～10弧秒的情况下是有问题的。

现在将描述多个范例，其目的在于减少或者甚至消除因由旋转多棱镜引起的空气湍流造成的前述光学畸变的影响。发明人已经确定这可以通过如下来实现：减少成像系统壳体内的气体的密度，使得壳体内的与湍流相关的光学畸变并不不利地影响经过湍流的激光束。不利地影响意指任何光学畸变的程度不大于预定限制。

在一个范例中，如图5中所图示的，成像系统502的壳体402被构造为是大部分或完全密封的。大部分密封意指少量空气泄露是可允许的，而不影响成像系统的操作，如下所述。除了图4中示出的那些元件外，成像系统502还包括空气泵504，所述空气泵504通过管道506与壳体402内的空气508流体连通。泵504用于从壳体402移除空气，以便减小壳体402内的空气压力，并因此减小空气密度。在一个范例中，压力传感器510被提供在壳体402内。泵控制器512根据由压力传感器510生成的信号来控制泵504的操作，如图6所示，在封闭环反馈系统中。在一个范例中，泵控制器512控制泵512以将壳体402内的空气压力维持在预定水平或在预定范围内。在一个范例中，预定水平或范围可以在大约0.1到0.2大气压的范围内。

在另一范例中，可以不使用压力传感器510，并且泵504可以被配置为以已经确定比壳体402内的空气压力低预定量的预定速率进行操作。

减少壳体402内的空气压力有助于减小当多棱镜404高速旋转时壳体402内任何空气湍流的影响，这是因为空气折射率与其密度大致成比例。然而，应当注意，比起减少壳体402内的气体压力没有防止湍流，但是有助于减轻任何湍流的光学畸变效果。

然而，在壳体402内压力减少的量可以基于成像系统的光学敏感性。例如，在一些范例中，可以通过所需的最小量来减小在壳体402内的空气压力，在适当时具有合适的缓冲量，以减轻针对给定的成像系统光学敏感性对因由旋转多棱镜的湍流引起的对激光束的任何光学畸变的影响。

还应当注意，由于在壳体402内存在空气轴承408，所以不适合将空气压力减少到低于大约0.1个大气压，因为这样做会影响空气轴承408的效力。

在图7中图示了成像系统的另外的范例。成像系统702具有与图4中所图示的成像系统206相同的元件。但是，壳体704是高度密封的，并且壳体706内填充有比空气轻的气体或气体混合物。在一个范例中，壳体706在基本与大气压相同的压力下填充有比空气轻的气体。在壳体704内填充有比空气轻的气体有助于减少壳体内任何空气湍流的上述影响，因为气体折射率与其密度大致成比例。然而，应当注意，壳体704内填充有比空气轻的气体不会防止湍流，但是有助于减轻任何湍流的影响。

在一个范例中，壳体704内填充有比空气轻的气体和空气的混合物。可以确定混合物中的空气和比空气轻的气体的比例，使得针对给定的成像系统敏感性可以适当地减轻任何湍流对成像系统的影响。例如，在一个范例中，可以使用50％的氦气和50％的空气的混合物，但是在其它范例中也可以使用其它比例。

在本说明书(包括任何随附的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤都可以以任何组合进行组合，除了这种特征和/或步骤中的至少一些相互排斥的组合。

在本说明书(包括任何随附的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由用于相同、等价或类似目的的备选特征所替代，除非另有明确表述。因此，除非另有明确表述，否则所公开的每个特征仅是一般系列的等价或类似特征的一个范例。

Claims

1.一种成像系统，包括：

壳体；

可旋转多棱体，其包括位于所述壳体中的多个镜面；

激光器，其用于生成激光束来照射到多棱镜上并反射到目标上；

其中，在使用中，所述壳体内的气体的密度使得所述壳体内的与湍流相关的光学畸变不大于预定限制。

2.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述壳体是密封的或基本上密封的，并且其中，所述成像系统还包括：

泵，其通过管道被连接到所述壳体；以及

泵控制器，其用于控制所述泵以从所述壳体移除空气，以将所述壳体内的空气压力减小到预定水平。

3.根据权利要求2所述的成像系统，其中，所述空气压力被减小到一水平，使得所述壳体内的与湍流相关的光学畸变并不不利地影响经过所述湍流的激光束。

4.根据权利要求2所述的成像系统，其中，所述泵控制器控制所述泵以将所述壳体内的所述空气压力减小到不低于大约0.1个大气压。

5.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述壳体密封且填充有比空气轻的气体或气体混合物。

6.根据权利要求5所述的成像系统，其中，所述比空气轻的气体或气体混合物的密度具有减轻针对所述成像系统的任何与湍流相关的光学畸变的影响的密度。

7.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述目标是静电打印系统的光电导体，并且其中，从所述多棱镜反射的所述激光束在所述光电导体上的可分辨像素之间的角度小于或等于大约10弧秒。

8.根据权利要求1所述的成像系统，其中，在使用中，所述多棱镜以大于20000RPM的速度旋转。

9.根据权利要求1所述的成像系统，还包括空气轴承，在所述空气轴承上安装有所述多棱镜，所述空气轴承位于所述壳体内。

10.一种静电打印系统，包括：

成像系统壳体；

可旋转多棱体，其包括位于所述壳体内的多个镜面；

激光器，其用于生成激光束来照射到多棱镜上并反射到光电导体构件上；

其中，所述壳体内的气体的密度使得在高速旋转镜子时所述壳体内的与湍流相关的光学畸变并不不利地影响所述激光束。

11.根据权利要求10所述的打印系统，其中，所述壳体是高度密封的，并且所述打印系统还包括：

泵，其与所述壳体内的气体流体连通；以及

泵控制器，其用于控制所述泵以将所述壳体内的压力减小到预定范围内。

12.根据权利要求11所述的打印系统，其中，所述泵控制器用于控制所述泵以将所述壳体内的所述压力减小到大于0.1个大气压的压力。

13.根据权利要求10所述的打印系统，其中，反射的激光束在所述光电导体上的可分辨像素之间的角度小于或等于大约10弧秒。

14.根据权利要求10所述的打印系统，其中，所述镜子被安装在位于所述壳体内的空气轴承上。

15.根据权利要求10所述的打印系统，其中，所述壳体是密封的且填充有比空气轻的气体或气体混合物。