CN113238373A - 一种激光扫描单元及激光打印机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光打印设备技术领域，公开了一种激光扫描单元，包括用于将反射镜组反射出的激光光束等间距照射到感光鼓受光面上的激光发散组件，所述激光发散组件包括非球面透镜及自由曲面反射镜，由所述反射镜组反射出的激光光束依次透射穿过非球面透镜的第一非球面与第二非球面后照射至自由曲面反射镜反射面上。该装置通过设置非球面透镜及自由曲面反射镜的组合来将激光光束等间距照射到感光鼓受光面上，由此可以使得扫描单元中自由曲面的个数减少为1组，进而可以大幅的降低该扫描单元的制造成本及降低安装难度，另外通过自由曲面反射镜的反射可以改变光路，由此可改变优化扫描单元内的各部件的空间布局，从而让整体的结构变的更紧凑。

Description

一种激光扫描单元及激光打印机
技术领域
本发明涉及激光打印设备技术领域，具体涉及一种激光扫描单元及激光打印机。
背景技术
目前所使用的打印机主要应用激光扫描单元对图文进行复印，常见的激光扫描单元如图2所示，包括激光发生器、准直透镜组、多面镜马达、FTL透镜以及受光面。激光发生器发出的激光光束为发散光束，发散光束经过准直透镜组，一次聚焦在多面镜马达的镜面上；经过多面镜马达反射后的激光会发散经过FTL透镜，在受光面表面第二次聚焦形成光斑。受光面表面的光敏涂层接受光斑的能量后发生电位差，形成可吸附碳粉的图像潜像。但是由于使用的FTL透镜的两组表面均需要设计成为符合光路要求的自由曲面，由于多组自由曲面的出现，造成了该形式构成的激光扫描单元的加工制造以及组装安装时的成本的大幅提升，不利于打印机整机整体成本的控制，导致设备缺乏市场竞争力。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种激光扫描单元及激光打印机，该装置制造安装成本低，并且可以极大的节省整个扫描单元布局的空间占用，有利于打印机的小型化。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一目的在于提供一种激光扫描单元，包括用于将反射镜组反射出的激光光束等间距照射到感光鼓受光面上的激光发散组件，其中，
所述激光发散组件包括非球面透镜及自由曲面反射镜，由所述反射镜组反射出的激光光束依次透射穿过非球面透镜的第一非球面与第二非球面后照射至自由曲面反射镜上，所述自由曲面反射镜上的入射光线与反射光线之间的夹角为60°-90°。本方案通过设置非球面透镜及自由曲面反射镜的组合来将激光光束等间距照射到感光鼓受光面上，由此可以使得扫描单元中自由曲面的个数减少为1组，由此可以大幅的降低该扫描单元的制造成本并且降低安装难度，另外通过自由曲面反射镜的反射可以改变光路进而改变优化扫描单元内的各部件的空间布局进而缩小打印机的体积。
在本发明中，进一步的，所述自由曲面反射镜上的入射光线与反射光线之间的夹角为90°。
在本发明中，进一步的，所述非球面透镜的第一非球面与第二非球面的面型满足如下方程：
Figure 979916DEST_PATH_IMAGE001
其中，在公式中，参数C为半径所对应的曲率，r为径向长度，k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；β1至β8分别表示各径向坐标所对应的系数。
在本发明中，进一步的，所述自由曲面反射镜的反射面满足如下方程：
Figure 586478DEST_PATH_IMAGE002
其中，Cy表示Y方向的曲率，Cx表示X方向的曲率，ky表示Y方向的圆锥系数，kx表示x方向的圆锥系数，β4、β6、β8、β10分别表示X方向坐标所对应的系数。x，y就指的是自由曲面在三维坐标中x方向和y方向的坐标，也即与自由曲面高度方向（z向）相垂直的平面上的坐标。
在本发明中，进一步的，所述自由曲面反射镜的出射光线在感光鼓受光面上的光斑位于同一扫描直线上。
在本发明中，进一步的，还包括用于产生激光光束的激光发生器；
用于将激光发生器产生的激光光束转变为均匀的线性光束的准直部件；
用于使均匀的线性光束进行周期性出射角度变化的反射镜组。
在本发明中，进一步的，所述准直部件包括依次固定设置在激光发生器产生的激光光束的出射光路上的准直柱面镜及光阑。本方案将原有的准直透镜和整形透镜两个透镜合并成一个一体化的准直柱面镜，整体上减小了这两块透镜的空间体积占用。
在本发明中，进一步的，所述准直柱面镜包括柱面形状的第一面及非球面形状的第二面。
在本发明中，进一步的，所述反射镜组包括多面反射镜及用于驱动多面反射镜进行转动的电机。
本发明的第二目的在于提供一种激光打印机，包括上述任意一项所述的一种激光扫描单元。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的装置通过设置非球面透镜及自由曲面反射镜的组合来将激光光束等间距照射到感光鼓受光面上，由此可以使得扫描单元中自由曲面的个数减少为1组，进而可以大幅的降低该扫描单元的制造成本及降低安装难度，另外通过自由曲面反射镜的反射可以改变光路由原来的直线射出变为转折90°后在出射，由此可改变优化扫描单元内的各部件的空间布局，从而让整体的结构变的更紧凑，缩小整体尺寸。
另外，增加的非球面透镜可以优化整体的光路，由于非球面透镜具有多组可以进行调节的参数，由此可以保证在较小的光路空间内也可以实现较好的成像效果。由此通过使用非球面透镜能够有效缩短非球面透镜到自由曲面反射镜以及自由曲面反射镜到感光鼓的光路距离，进而大幅缩减空间占用。
附图说明
图1为本发明的总体结构示意图。
图2为现有的扫描单元的结构示意图。
图3为准直柱面镜的侧视图。
图4为非球面透镜的侧视图。
附图中： 1、激光发生器；2、准直柱面镜；21、准直透镜组；3、光阑；4、多面反射镜；5、非球面透镜；51、FTL透镜；6、自由曲面反射镜；7、受光面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、 “ 水平的”、“ 左”、“ 右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请同时参见图1至图4，本发明一较佳实施方式提供一种激光扫描单元，包括用于产生激光光束的激光发生器1；用于将激光发生器1产生的激光光束转变为均匀的线性光束的准直部件；用于使均匀的线性光束进行周期性出射角度变化的反射镜组；用于将反射镜组反射出的激光光束等间距照射到感光鼓受光面7上的激光发散组件。
其中，所述激光发散组件包括非球面透镜5及自由曲面反射镜6，由所述反射镜组反射出的激光光束依次透射穿过非球面透镜5的第一非球面与第二非球面后照射至自由曲面反射镜6上，所述自由曲面反射镜6上的入射光线与反射光线之间的夹角为60°-90°。通过自由曲面反射镜6的反射可以改变出射光线的光路方向由此可以灵活调整感光鼓的放置位置，进而实现了激光打印机内部组件的空间布局的优化，便于打印机体积的减小。而对于自由曲面反射镜6上的入射光线与反射光线之间的夹角理论上并无限制，可根据实际使用中的需求进行设置，在本实施例中选择所述自由曲面反射镜6上的入射光线与反射光线之间的夹角为90°的形式，在该布局形式下，可让激光打印机整体的结构变的更紧凑，整体尺寸的缩小幅度更大。
传统的现有激光扫描单元中为了保证成像的质量所以要预留有较大的空间来使保证光路的长度距离，如图2中FTL透镜51到受光面7的光路，通常来说光路距离越长成像效果越好，所以导致传统的扫描单元占用空间大。通过使用非球面透镜5可以通过调整非球面透镜5的面型使得成像质量得到保证而不再单单依靠加长光路来保证成像效果，由此通过使用非球面透镜5可以大幅缩减如图1中的从非球面透镜5到自由曲面反射镜6及自由曲面反射镜6到感光鼓的光路距离进而缩小空间占用。
通过自由曲面反射镜6还可以调整校准系统的色差像差获得更好的成像效果。
如图4所示，在本实施例中所述非球面透镜5的第一非球面与第二非球面以及准直柱面镜2的非球面形状的第二面的面型满足如下方程：
Figure 579842DEST_PATH_IMAGE003
其中，在公式中，参数C为半径所对应的曲率，r为径向长度，具体计算时通过
Figure 521122DEST_PATH_IMAGE004
求得，x，y就指的是曲面在三维坐标中x方向和y方向的坐标，也即与曲面高度方向（z向）相垂直的平面上的坐标。k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；β1至β8分别表示各径向坐标所对应的系数。
非球面透镜5及准直柱面镜2的面型参数如下表1及表2所示：
Figure 258134DEST_PATH_IMAGE005
表1
Figure 719202DEST_PATH_IMAGE006
表2
所述自由曲面反射镜6的反射面满足如下方程：
Figure 149046DEST_PATH_IMAGE007
其中，Cy表示Y方向的曲率，Cx表示X方向的曲率，ky表示Y方向的圆锥系数，kx表示x方向的圆锥系数，β4、β6、β8、β10分别表示X方向坐标所对应的系数。x，y就指的是自由曲面在三维坐标中x方向和y方向的坐标，也即与自由曲面高度方向（z向）相垂直的平面上的坐标。
自由曲面反射镜6的面型参数如下表3所示：
Figure 79087DEST_PATH_IMAGE008
表3
如图1所示，准直部件包括依次固定设置在激光发生器1产生的激光光束的出射光路上的准直柱面镜2及光阑3。光阑3要与准直整形透镜共轴布置，这样是为了确保通过的光路提供的激光光束是均匀的线性光束，光阑3与准直整形透镜之间的安装结构采用具有卡接、固定连接等类似安装结构均可，因而本文对此不做进一步限定。
如图1及图3所示，有激光发生器1发出的激光光束先经由准直柱面镜2的柱面形状的第一面将激光的发散光束准直成平行光束，然后经由非球面形状的第二面将平行光束整形成线性光束，并最终通过光阑3后成为孔径固定的线性激光光束，从而实现了对激光光源发出的激光光束进行准直与整形的处理。通过将准直整形镜一体化：能够降低光能损耗；减小整体体积；减少结构用料；节约成本；降低装配难度和成本；增强整体的实用性。
经过准直部件准直整形的线性激光光束到达反射镜组，由反射镜组的反光面的角度变化来实现激光光束的移动扫描作业。所述反射镜组包括多面反射镜4及用于驱动多面反射镜4进行转动的电机。多面反射镜4设置为五面镜及以上多边形面镜，将多面反射镜4设置为五面镜，能够使得系统扫描一行相较于多面反射镜4为四面镜或数量更少的面形镜的结构时需要多面反射镜4转过的角度更小，也就是说采用五面镜转过一周实际扫描的行数更多，缩短了扫描周期，从而提高了系统的扫描效率。
多面反射镜4转轴连接有用于驱动多面反射镜4旋转的电机。本实施例将电机转速设置为4.5万转每分钟，通过电机带动多面反射镜4转动，从而不断周期性的逐行扫描并将激光扫描打到感光鼓上。
工作原理：
工作时激光发生器1产生的激光光束经过准直柱面镜2后被准直整形成为线性光束，在通过光阑3后被均匀发射至多面反射镜4上，随着多面反射镜4的转动入射在多面反射镜4上的光线的入射角发生变化，进而使得出射光线的实现从左到右的扫描作业，然后光线经多面反射镜4反射后被射入到非球面透镜5再由非球面透镜5将激光光束调整为等间距的形式，然后再由自由曲面反射镜6反射改变光路方向后后照射到感光鼓受光面7上。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (10)

1.一种激光扫描单元，包括用于将反射镜组反射出的激光光束等间距照射到感光鼓受光面(7)上的激光发散组件，其特征在于，
所述激光发散组件包括非球面透镜(5)及自由曲面反射镜(6)，由所述反射镜组反射出的激光光束依次透射穿过非球面透镜(5)的第一非球面与第二非球面后照射至自由曲面反射镜(6)反射面上。
2.根据权利要求1所述的一种激光扫描单元，其特征在于，所述自由曲面反射镜(6)上的入射光线与反射光线之间的夹角为90°。
3.根据权利要求2所述的一种激光扫描单元，其特征在于，所述非球面透镜(5)的第一非球面与第二非球面的面型满足如下方程：
Figure 301214DEST_PATH_IMAGE001
其中，在公式中，参数C为半径所对应的曲率，r为径向长度，k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；β1至β8分别表示各径向坐标所对应的系数。
4.根据权利要求3所述的一种激光扫描单元，其特征在于，所述自由曲面反射镜(6)的反射面满足如下方程：
Figure 505930DEST_PATH_IMAGE002
其中，Cy表示Y方向的曲率，Cx表示X方向的曲率，ky表示Y方向的圆锥系数，kx表示x方向的圆锥系数，β4、β6、β8、β10分别表示X方向坐标所对应的系数，x，y就指的是自由曲面在三维坐标中x方向和y方向的坐标，也即与自由曲面高度方向（z向）相垂直的平面上的坐标。
5.根据权利要求4所述的一种激光扫描单元，其特征在于，所述自由曲面反射镜(6)的出射光线在感光鼓受光面(7)上的光斑位于同一扫描直线上。
6.根据权利要求1所述的一种激光扫描单元，其特征在于，还包括用于产生激光光束的激光发生器(1)；
用于将激光发生器(1)产生的激光光束转变为均匀的线性光束的准直部件；
用于使均匀的线性光束进行周期性出射角度变化的反射镜组。
7.根据权利要求6所述的一种激光扫描单元，其特征在于，所述准直部件包括依次固定设置在激光发生器(1)产生的激光光束的出射光路上的准直柱面镜(2)及光阑(3)。
8.根据权利要求7所述的一种激光扫描单元，其特征在于，所述准直柱面镜(2)包括柱面形状的第一面及非球面形状的第二面。
9.根据权利要求6所述的一种激光扫描单元，其特征在于，所述反射镜组包括多面反射镜(4)及用于驱动多面反射镜(4)进行转动的电机。
10.一种激光打印机，其特征在于，包括上述权利要求1-9任意一项所述的一种激光扫描单元。
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