CN1117140A - 光扫描设备 - Google Patents

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Abstract

一种光扫描设备，包括：一个光源部分，一个反射来自光源部分的光束的反射体，一个将来自光源部分的光束转变成几乎是平行的光束的第一光学元件，一个将几乎是平行的光束在反射体的一个反射/偏转面上聚焦成线性图像的第二光学元件，一个将反射体反射的光束会聚在预定表面的第三光学元件，一个检测反射体反射的光束的检测装置，以及一个把反射体反射的光束引向检测装置的第四光学元件，其中第四光学元件和第二光学元件是整体式形成的。

Description

光扫描设备
本发明涉及一种光扫描设备，具体来说涉及适用于包括光电处理过程的诸如激光束打印机(LBP)或数字式复印机之类设备的光扫描设备，其中的由光源装置发出的光调制束(光束)由一个反射装置(光反射体)反射和偏转，该反射装置包括一个旋转的多棱镜等部件，而后通过一个具有fθ特性的成像装置(fθ透镜)对扫描表面进行光扫描以记录图像信息。
在传统的光扫描设备中，例如在激光束打印中，光源装置按照图像信号发出光调制束。然后，通过光反射体(例如包括旋转的多棱镜)周期性地反射光调制束，然后再通过具有fθ特性的一个成像光学系统将该光调制束的光敏记录介质(光敏鼓)的一个表面上会聚成一个光点形状，并且用该光束对这个表面进行光扫描以实现图像记录。
图1是表示传统的光扫描设备的主要部分的一个示意图。
在图1中，光源装置51发出的发散光束通过准直透镜52转变成一个几乎平行的光束，光阑53对这个光束(光量)进行限制，并将这样成形的光束入射到圆柱形透镜54，透镜54仅在垂直于附图1所在平面的副扫描方向具有预定的折射率。在入射到圆柱形透镜54的平行束当中，当光束处在沿平行于附图1的平面的主扫描方向的一个横断面中时，该光束呈平行束状态出射。与其相对照，该光束被会聚在副扫描方向的一个横断面内，从而在包括有旋转的多棱镜在内的光反射体55的一个反射/偏转面55a上形成一个几乎是线性的图像。
然后通过成像光学系统(fθ透镜)56将通过光反射体55的反射面55a反射和偏转的光束引向用作扫描表面的光敏鼓58的一个表面，并且借助于在箭头A所示方向旋转光反射体55使用该光束在主扫描方向对光敏鼓58进行光扫描，从而记录下图像信息。
对光敏鼓58的表面进行光扫描之前，为了调节在光敏鼓58表面上的扫描起始位置，让由光反射体55的每个反射面反射和偏转的部分光束通过一个扫描光敏鼓58表面的光束已通过的区域之前的一个区域，该部分光束然后被一个回扫反光镜(BD反光镜)57反射，以便被引向一个检测装置(BD传感器)59，从而得到一个扫描起始信号(或者，得到一个图像写入开始位置的同步信号)。然后利用检测装置59的输出信号(图像写入起始位置的检测信号，即BD信号)，调节向光敏鼓58的表面记录的图像的扫描开始位置。
在传统的光扫描设备中，被光反射体55反射和偏转的部分光束是通过fθ透镜56引向BD传感器59的，从而可获得图像写入起始位置的检测信号，即所谓BD信号。
这样一种结构的光扫描设备的必要条件是从fθ透镜56到BD传感器59的距离必须等于fθ透镜56的焦距，因此整个设备的尺寸可能要变得很大。
对于常规的光扫描设备，设有固定的BD反光镜57，它是获得对扫描表面58的扫描起始信号的光学系统(同步检测系统)的一部分，如图1所示，因此BD反光镜57将光束(BD光束)的光路准确地弯折，以便让图像写入起始位置的检测信号(同步信号)穿过fθ透镜56，于是可使整个设备以紧凑形状形成。
但这样的光扫描设备存在如下的问题：因为BD反光镜的安装精度的变化可能使图像写入起始位置产生偏差，所以必须准确地进行图像写入起始位置的调节；因为BD光束是使用fθ透镜的一部分的透镜区(在扫描光束通过的区域以外的区域)进行聚焦的，所以不允许fθ透镜56沿主扫描方向的有效作用区扩大。因此，这些问题的存在难以在光扫描设备的减小尺寸和降低成本的要求这间找到折衷的办法。
本发明的一个目的是提供一种既能进行高精度光扫描又减小了整个设备尺寸的光扫描设备，为此要整体式地形成一个向扫描表面聚焦用于获得图像写入起始位置的同步信号的光束(BD光束)的光学元件(由变形透镜组成的BD透镜)和一个用于在沿主扫描方向延伸的线性图案内聚焦光束的光学元件(圆柱形透镜)。
此外，本发明的另一个目的是提供一种整体结构紧凑、简单的光扫描设备，为此要将用于获得扫描起始信号的检测元件(BD传感器)定位在光源装置(半导体激光器)的附近，并且将光源装置、控制光源装置的电路、以及BD传感器固定在一个共用的电路板或柔性板上。
本发明的光扫描设备涉及一种由以下各部分组成的光扫描设备：将光源装置发出的光束转变成几乎是平行光束的第一光学元件，反射光源装置发出的光束的反射元件，聚焦该平行光束以形成在主扫描方向的反射元件的反射面上延伸的线性图像的第二光学元件，聚焦反射元件反射的光束以在扫描平面上形成点图像的第三光学元件，以及聚焦一部分被反射元件反射的光束以在检测元件的表面上形成图像从而获得引向扫描表面的图像写入起始位置的同步信号的第四光学元件，其中第二光学元件和第四光学元件是作为一个组合光学元件整体式形成的。
具体来说，该设备的特征在于：该组合光学元件由一个圆柱形透镜和一个变形透镜组成，光源装置、控制光源装置的电路、以及检测元件都放在同一块电路板上，或者，光源装置和检测元件通过一个柔性板组合起来。
另外，将本发明的光扫描设备设计成能在光扫描期间按下述方式操作：通过准直透镜将光源装置发出的光束转变成一个几乎平行的光束，通过主扫描部分中的圆柱形透镜将该平行光束会聚在光反射体的反射面上以便被反射体反射和偏转，而后通过一个成像光学系统将反射光束引向扫描表面以实现光扫描，该设备的特征在于：通过和成像光学系统分开单独设置的变形透镜将被光反射体的反射面反射和偏转的一部分光束引向一个检测装置，以获得引向该扫描表面的一个扫描起始信号，该设备的特征还在于圆柱形透镜和变形透镜是作为一个组合光学元件整体式形成的。
图1是表示一个常规的光扫描设备的示意图；
图2是表示本发明的光扫描设备的第一实施例的主要部分的示意图；
图3是本发明的第一实施例沿主扫描方向的主要部分的剖面图；
图4是靠近本发明的第一实施例中的光源装置和BD传感器的那些部分的放大的说明性视图(沿主扫描方向的主要部分的一个剖面图)；
图5是本发明的光扫描设备的第二实施例的主要部分的一个剖面图；以及
图6是靠近本发明第二实施例中的光源装置和BD传感器的一个放大的说明性视图(主要部分沿主扫描方向的一个剖面图)。
图2是表示本发明的光扫描设备的第一实施例的主要部分的示意图；图3是沿图2的主扫描方向的该主要部分的剖面图。
在图1和2中，标号1代表一个光源装置，例如是一个半导体激光器。如下面将会详细描述的，在本实施例中设置的光源装置1、控制光源装置的电路(激光驱动器)、以及用于获得引向扫描表面的扫描起始信号(或者用于获得图像写入起始位置的同步信号)的检测元件一BD传感器9都放置在同一个电路板上或同一个柔性板上。
标号2代表一个准直透镜，即第一光学元件，它将光源装置1发出的光束转变成一个几乎平行的光束。标号3代表一个孔光阑，确定通过的光束的尺寸形状。
标号4代表一个组合的光学元件，其中整体式形成一个圆柱形透镜(圆柱形透镜部分)41(即，第二光学元件)、和一个由变形透镜构成的BD透镜(BD透镜部分)42(即，第四光学元件)。圆柱形透镜41仅在垂直于图3平面的副扫描方向有一个预定的折射率，因此透镜41在副扫描方向将通过光阑3的光束会聚在下面将要描述的光反射体5的反射面上。BD透镜42在主扫描方向和副扫描方向之间有不同的折射率，该透镜42将光束(BD光束)聚焦，以得到图像写入起始位置的同步信号，从而在下面将要描述的BD传感器9(即，检测元件)上形成图像。
标号5代表光反射体，例如包括一个用作反射元件的旋转的多棱镜，它通过一个驱动装置(例如电机，图中未示出)沿图中箭头A的方向恒速旋转。
标号6代表具有fθ特性的一个成像透镜(fθ透镜)，即第三光学元件，成像透镜6在反射体扫描该光束的主扫描方向和垂直于主扫描方向的副扫描方向之间有不同的折射率，该透镜6根据被旋转的多棱镜5反射和偏转后的图像信息来聚焦光束，以便在光敏鼓8(即记录介质)的表面(被扫描的表面)上形成一个图像，并且该透镜6还校正旋转的多棱镜5的反射面的表面偏斜。fθ透镜6和组合光学元件4是彼此分开设置的。
标号9代表BD传感器(光传感器)，即检测元件，它和光源装置1设在同一块电路板(未示出)上，该传感器9检测被光反射体的每个反射面反射的用于图像写入起始位置的检测信号(同步信号)的光束(BD光束)，从而在光敏鼓8的表面上开始光扫描之前可检测扫描起始位置的定时时间，并根据检测的结果控制向光敏鼓8的表面记录的图像的扫描起始位置的定时时间。换言之，检测元件9检测用于确定光源装置1的调制开始的时间的同步信号。
标号92是一个辅助BD透镜，它设在BD传感器9的附近，用于校正由于组合光学元件4、BD传感器等的安装误差而在副扫描方向引起的BD光束的偏差。通过提高诸如组合元件4和BD传感器这些元件的安装精度可省去辅助BD透镜92。标号91是一个光隙元件，在主扫描方向该光隙元件有一个孔隙。
在本发明中，半导体激光器1发出的光束通过准直透镜2转变成一个几乎平行的光束，孔隙光阑3对该光束(光量)加以限制，这样成形的光束入射到组合光学元件4中的圆柱形透镜41中。在入射到圆柱形透镜41的平行束中，沿平行于图3所在平面的主扫描方向的光束实际上呈平行束状态出射。与此相对照，沿垂直于主扫描方向的副扫描方向的光束被会聚成在光反射体5的反射表面5a上的接近线性的图像(一个在主扫描方向延伸的线性图像)。然后通过fθ透镜6将被光反射体5的反射平面5a反射和偏转的光束引向光敏鼓8的表面，并且通过沿箭头A的方向旋转光反射体5，沿箭头B的方向对光敏鼓8的表面进行光扫描，从而完成了图像记录。
在本实施例中，在对光敏鼓8的表面进行光扫描之前，通过组合光学元件4中的BD透镜92和辅助BD透镜91将被光反射体5的每个反射面反射和偏转的光束的一部分引向BD传感器9，以调节在光敏鼓8表面上的扫描起始位置。然后利用BD传感器9的输出信号(即图像写入起始位置的检测信号(BD信号))调节向光敏鼓8的表面记录的图像的扫描起始位置。
图4是靠近本实施例中的光源装置1和BD传感器9的一些部分的放大的分解图(在主扫描方向的一个剖面)。在图4中，用相同的标号表示和图2所示的元件相同的那些元件。
在图4中，如以上所述，让被旋转的多棱镜反射和偏转的光束(BD光束)的一部分作为检测图像写入起始位置的同步信号穿过组合光学元件4的BD透镜42和辅助BD透镜92，然后再让这部分光束穿过作为光隙元件的BD光隙91，从而在BD传感器9的表面上形成一个图像。然后，利用BD传感器9的输出信号(BD信号)调节向光敏鼓表面记录的图像的扫描起始位置。
这里，BD传感器9和半导体激光器1(即，光源装置)以及未示出的电路(激光驱动器)都放置在一起，以便能在同一块电路板11上控制BD传感器9，如图4所示。另外，辅助BD透镜92和BD光隙9也与电路11装在一起，以便校正由于组合光学元件4、BD传感器9等元件的安装误差在副扫描方向引起的BD光束的偏差。这里应注意的是，如以前描述过的，提高诸如组合光学元件4和BD传感器9这些元件的安装精度就可省去这个辅助BD透镜92。
如上所述，本实施例中的圆柱形透镜41和BD透镜42是整体式形成的，并且半导体激光器1、控制该激光器的电路、以及BD传感器9全都设在同一块电路板11上，因此可以将光学系统(同步检测系统)和获得图像写入起始位置的同步信号的电系统制作在一个紧凑的结构中，于是实现了低成本的光扫描设备。
图5是表示本发明的光扫描设备的第二实施例的一个示意图。在图5中，用相同的标号表示和图2所示的元件相同的那些元件，并且这里省略了对这些相同的元件的描述。
图6是靠近本发明第二实施例中的光源装置1和BD传感器9的那些部分的放大的、分解视图(在主扫描方向的一个剖面)。在图6中，用相同的标号表示和图4所示元件相同的那些元件。
第二实施例与上述第一实施例的差别在于：通过柔性板12组合光源装置1和BD传感器9，并且光源1和BD传感器9都固定到一个光盒13上；第二实施例的其它结构和光学功能基本上都和第一实施例相同，因此可得到相同的效果。
这就是说，因为在本实施例中BD传感器9是直接固定在光盒13上的，所以安装精度可以作得很高，其优点是不必像上述实施例那样用辅助BD透镜92进行安装误差校正。
如上所述，本实施例的光扫描设备的成本甚至更低，并且同时通过给该设备安装光盒实现了高精度的光学性能。
虽然在本实施例中是将光源装置和BD传感器固定到光盒上的，但是也可将除光敏鼓外的其它元部件按相似的方式都固定到光盒上。这就可以实现精度更高的光扫描设备。
按照本发明，通过整体式形成一个用来向扫描表面聚焦用于获得图像写入起始位置的同步信号的光束的光学元件(由变形透镜组成的BD透镜)和一个用来聚焦在上述扫描方向延伸的线性图像中的光束的光学元件(圆柱形透镜)，可使整个设备设计结构紧凑，并可实现能进行高精度光扫描的光扫描设备。
另外，在本发明中将光源装置、控制光源装置的电路、以及检测元件(BD传感器)都放在同一块电路板上或同一块柔性反上，所以可以实现整全结构紧凑、简单的光扫描设备。

Claims (18)

1.一种光扫描设备，包括：
一个光源部分；
一个反射体，反射来自所说光源部分的光束；
一个第一光学装置，将来自所说光源部分的光束转变成一个几乎平行的光束；
一个第二光学装置，将所说几乎平行的光束在所说反射体的一个反射偏转面上聚焦成线性图像；
一个第三光学装置，将所说反射体反射的光束会聚在一个预定的表面上；
检测装置，检测所说反射体反射的光束；以及
第四光学装置，将所说反射体反射的光束引向所说检测装置，其中所说第四光学装置和所说第二光学装置是整体式形成的。
2.如权利要求1的光扫描设备，其中所说检测装置检测一个同步信号，该同步信号用于确定所说光源部分调制开始的时间。
3.如权利要求1的光扫描设备，其中所说第一光学装置是一个准直透镜。
4.如权利要求1的光扫描设备，其中所说第二光学装置是一个圆柱形透镜。
5.如权利要求1的光扫描设备，其中所说第三光学装置是一个fθ透镜。
6.如权利要求1的光扫描设备，其中所说第四光学装置是一个变形透镜。
7.如权利要求1的光扫描设备，其中所说第三光学装置和所说第四光学装置是彼此分开设置的。
8.如权利要求1的光扫描设备，进一步还包括一个控制所说光源部分的电路，其中所说电路和所说检测装置是放在同一块电路板上的。
9.如权利要求1的光扫描设备，其中所说光源部分和所说检测装置是通过一个柔性板组合在一起的。
10.一种激光束打印机，包括：
一个光源部分；
一个反射体，反射来自所说光源部分的光束；
第一光学装置，将来自所说光源部分的光束转变成一个几乎平行的光束；
第二光学装置，将所说几乎平行的光束在所说反射体的一个反射偏转面上聚焦成线性图像；
一个记录介质；
第三光学装置，在所说记录介质上会聚由所说反射体反射的光束；
检测装置，检测所说反射体反射的光束；以及
第四光学装置，将所说反射体反射的光束引向所说检测装置，其中所说第四光学装置和所说第二光学装置是整体式形成的。
11.如权利要求10的激光束打印机，其中所说检测装置检测一个同步信号，该同步信号用于确定所说光源部分调制开始的时间。
12.如权利要求10的激光束打印机，其中所说第一光学装置是一个准直透镜。
13.如权利要求10的激光束打印机，其中所说第二光学装置是一具圆柱形透镜。
14.如权利要求10的激光束打印机，其中所说第三光学装置是一个fθ透镜。
15.如权利要求10的激光束打印机，其中所说第四光学装置是一个变形透镜。
16.如权利要求10的激光束打印机，其中所说第三光学装置和所说第四光学装置是彼此分开单独设置的。
17.如权利要求10的激光束打印机，进一步还包括一个控制所说光源部分的电路，其中所说电路和所说检测装置是放在同一块电路板上的。
18.如权利要求10的激光打印机，其中所说光源部分和所说检测装置是通过一个柔性板组合的。
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