CN117492340B - 一种光扫描单元及成像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光扫描单元及成像装置，该光扫描单元包括：光源，用于发射预定波长的光束；光束偏转器，向像面偏转并扫描由所述光源发射的光束；f‑θ透镜，用于在像面上形成由所述光束偏转器偏转的光束对应的图像，光扫描单元满足如下公式：式中，Lmax和Lmin分别表示从f‑θ透镜的光轴的偏转角的总的光束经过距离的最大值和最小值，λ表示所述光源发射的光束的波长，fc表示fθ系数。通过实施本发明，采用光束波长和fθ系数限定f‑θ透镜的结构，由此能够补偿偏转光束的中央与侧部之间的差异，当在扫描单元中采用满足相应条件f‑θ透镜时能够实现像面上的光量均匀。

Description

一种光扫描单元及成像装置
技术领域
本发明涉及成像技术领域，具体涉及一种光扫描单元及成像装置。
背景技术
通常，光扫描单元用在例如激光束打印机、数字复印机、传真机、条形码读取器和多功能设备这样的成像装置中。这种光扫描单元用于偏转从光源辐射来的激光束并在感光体的主扫描方向上扫描激光束。通过光扫描单元的扫描以及感光体的移动，在感光体上形成潜像。
传统的光扫描单元中通常设置有f-θ透镜用于矫正光束被偏转时产生的误差。同时，在光扫描单元中采用塑料f-θ透镜，从而降低生产成本。然而，当光扫描单元中包括塑料f-θ透镜时，光量基于在塑料透镜中的光吸收差异而改变，也就是说，由于塑料透镜的光轴的偏转角，经过塑料透镜的透射率由于不同的光束经过的距离而改变，从而导致在主扫描方向上光量比的差异，因此，形成在感光体上的潜像变得不均匀。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种光扫描单元及成像装置，以解决现有技术中在光扫描单元中采用f-θ透镜时容易出现光量不均匀的技术问题。
本发明实施例提供的技术方案如下：
本发明实施例第一方面提供一种光扫描单元，包括：光源，用于发射预定波长的光束；光束偏转器，向像面偏转并扫描由所述光源发射的光束；f-θ透镜，用于在像面上形成由所述光束偏转器偏转的光束对应的图像，
所述光扫描单元满足如下公式：
式中，Lmax和Lmin分别表示从f-θ透镜的光轴的偏转角的总的光束经过距离的最大值和最小值，λ表示所述光源发射的光束的波长，fc表示fθ系数。
可选地，fc根据如下公式计算得到：
h＝fc*θ
式中，θ表示光扫描单元的扫描角度，h表示对应扫描角度θ时的像高。
可选地，当光扫描单元中的fθ系数减小或者光源发射的光束的波长增加时，减小f-θ透镜的Lmin值；当光扫描单元中的fθ系数增加或者光源发射的光束的波长减小时，增加f-θ透镜的Lmin值。
可选地，所述f-θ透镜包括设置在所述光束偏转器和像面之间的至少一个透镜，至少一个透镜为塑料透镜。
可选地，所述光束偏转器包括：提供旋转力的驱动源和由所述驱动源旋转驱动的多角镜，所述多角镜偏转并扫描由所述光源发射的光束。
可选地，该光扫描单元还包括：准直透镜，设置在所述光源和所述光束偏转器之间，用于聚焦光源发射的光束。
可选地，所述准直透镜采用注塑工艺或者模压成型法制作，当所述准直透镜采用模压成型法制作时，所述光扫描单元还包括：柱面透镜，设置在所述光源和所述光束偏转器之间，用于将准直透镜出射的光束整形。
可选地，该光扫描单元还包括：光阑，设置在所述准直透镜和所述柱面透镜之间，用于限制所述准直透镜出射的光束孔径。
本发明实施例第二方面提供一种成像装置，包括：本发明实施例第一方面及第一方面任一项所述的光扫描单元；感光体，用于将光扫描单元输出的光束形成静电潜像。
可选地，该成像装置还包括：显影装置，用于在所述感光体上形成调色剂图像；转印单元，用于将形成在所述感光体上的调色剂图像转印至打印介质；定影单元，用于将转印的图像定影至打印介质。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明实施例提供的光扫描单元及成像装置，设置光源发射预定波长的光束，采用光束偏转器以及f-θ透镜将光源发射的光束偏转扫描从而在像面上成像。同时，基于光源发射光束的波长以及fθ系数确定从f-θ透镜的光轴的偏转角的总的光束经过距离的最大值和最小值，即通过光束波长和fθ系数限定f-θ透镜的结构，由此设置的f-θ透镜能够补偿偏转光束的中央与侧部之间的差异，当在扫描单元中采用满足相应条件f-θ透镜时能够实现像面上的光量均匀。
本发明实施例提供的光扫描单元，通过在光源和光束偏转器之间的光路上顺次设置准直透镜、光阑以及柱面透，实现了对光束的聚焦整形处理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中光扫描单元的一个具体示例的结构框图；
图2为本发明实施例中光扫描单元的一个具体示例的原理框图；
图3为本发明实施例中光扫描单元的一个具体示例的原理框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本发明实施例提供一种光扫描单元，如图1所示，该光扫描单元包括：光源10，用于发射预定波长的光束；光束偏转器30，向像面偏转并扫描由所述光源发射的光束；f-θ透镜40，用于在像面上形成由所述光束偏转器偏转的光束对应的图像，所述光扫描单元满足如下公式：
式中，Lmax和Lmin分别表示从f-θ透镜的光轴的偏转角的总的光束经过距离的最大值和最小值，λ表示所述光源发射的光束的波长，fc表示fθ系数。
在一实施方式中，通过设定光扫描单元满足上述公式，则f-θ透镜的Lmax和Lmin可以基于光源发射的光束的波长以及fθ系数确定。具体地，当f-θ透镜的Lmax值为一定值时，若光扫描单元中的fθ系数减小或者光源发射的光束的波长增加时，减小f-θ透镜的Lmin值；若光扫描单元中的fθ系数增加或者光源发射的光束的波长减小时，增加f-θ透镜的Lmin值。即当fθ系数或光束波长变化时，可以调整Lmin值使其满足上述关系式，从而实现光量均匀。
本发明实施例提供的光扫描单元，设置光源发射预定波长的光束，采用光束偏转器以及f-θ透镜将光源发射的光束偏转扫描从而在像面上成像。同时，基于光源发射光束的波长以及fθ系数确定从f-θ透镜的光轴的偏转角的总的光束经过距离的最大值和最小值，即通过光束波长和fθ系数限定f-θ透镜的结构，由此设置的f-θ透镜能够补偿偏转光束的中央与侧部之间的差异，当在扫描单元中采用满足相应条件f-θ透镜时能够实现像面上的光量均匀。
在一实施方式中，fc根据如下公式计算得到：
h＝fc*θ
式中，θ表示光扫描单元的扫描角度，h表示对应扫描角度θ时的像高，fc的单位为mm/rad。其中，θ具体表示为经过f-θ透镜之后的光束偏转角度。
在一实施方式中，f-θ透镜包括设置在所述光束偏转器和像面之间的至少一个透镜，至少一个透镜为塑料透镜。其中，如图2所示，f-θ透镜包括一个透镜41，该透镜为塑料透镜；f-θ透镜也可以包括两个透镜，两个透镜可以均选择塑料透镜，也可以是一个透镜为塑料透镜。本发明实施例对f-θ透镜中的透镜个数不作限定。
具体地，当f-θ透镜包括一个透镜时，透镜在光轴上的光束经过的距离的最大值为Lmax，透镜在光轴上的光束经过的距离的最小值为Lmin，同时Lmax和Lmin满足上述关系式。当f-θ透镜包括两个透镜第一透镜和第二透镜时，从第一透镜的光轴的光束经过的距离最大值为Lmax1，从第一透镜的光轴的光束经过的距离最小值为Lmin1；从第二透镜的光轴的光束经过的距离最大值为Lmax2，从第二透镜的光轴的光束经过的距离最小值为Lmin2；第一透镜和第二透镜中最大内部光束经过距离Lmax为Lmax1和Lmax2之和，第一透镜和第二透镜中最小内部光束经过距离Lmin为Lmin1和Lmin2之和，同时，Lmax和Lmin满足上述关系式。
在一实施方式中，如图2所示，所述光束偏转器30包括：提供旋转力的驱动源31和由所述驱动源旋转驱动的多角镜35，所述多角镜35偏转并扫描由所述光源10发射的光束。其中，驱动源31为多角镜35的旋转提供旋转力，多角镜35在该旋转力下被旋转驱动，并在主扫描方向偏转扫描光源发射的光束。主扫描方向是指像面的轴向，即光束被光束偏转器偏转的方向，副扫描方向表示像面的移动方向或垂直于主扫描方向的方向。由此，光束偏转器在主扫描方向以预定偏转交将光源发射的光束偏转并扫描在像面上。
如图2所示，该光扫描单元还包括：准直透镜21，设置在所述光源10和所述光束偏转器30之间，用于聚焦光源发射的光束。所述准直透镜采用注塑工艺或者模压成型法制作，当所述准直透镜采用模压成型法制作时，所述光扫描单元还包括：柱面透镜25，设置在所述光源10和所述光束偏转器30之间，用于将准直透镜21出射的光束整形。需要说明的是，如图3所示，采用注塑工艺制作的准直透镜时，无需设置柱面透镜。
该光扫描单元还包括：光阑23，设置在所述准直透镜21和所述柱面透镜25之间，用于限制所述准直透镜出射的光束孔径。由此，准直透镜21、光阑23以及柱面透镜25顺次设置在光源10和光束偏转器30之间的光路上，实现对光束的聚焦整形处理。
实施例2
本发明实施例提供一种光扫描单元，在光束经过的光路上依次包括光源、准直透镜、光阑、柱面透镜、光束偏转器以及f-θ透镜，该光扫描单元满足如下公式，
式中，Lmax和Lmin分别表示从f-θ透镜的光轴的偏转角的总的光束经过距离的最大值和最小值，λ表示所述光源发射的光束的波长，fc表示fθ系数。根据该公式可知，该光扫描单元采用的f-θ透镜，其Lmax和Lmin之间的关系满足该公式，由此，在具体确定f-θ透镜的Lmax和Lmin之前，可以先确定光束波长λ和fθ系数，然后固定Lmax值，选择满足条件的Lmin，从而确定具体采用的f-θ透镜。
在一具体实施方式中，光源发射的光束的波长λ为780nm，fθ系数fc为110mm/rad，Lmax固定为12.5mm，此时，满足条件的Lmin应大于1.76mm。例如，当Lmin选择1.8mm，将具有相应值的f-θ透镜置于该光扫描单元中，获取像面上的相关参数计算得到像面上的相对光量如下表1所示：
表1
其中，相对光量是指像面上边缘位置和中心位置光量的比值，通常相对光量大于95％时认为光量均匀。从上表1中可以看出，各相对光量均大于等于97.3。由此，当各参数取值分别为如下值：即λ为780nm，fθ系数fc为110mm/rad，Lmax为12.5mm，Lmin为1.8mm，此时，公式左边的计算值为23.2mm，公式右边的计算值为23.24mm，满足23.2mm<23.24mm，即满足上述公式的扫描单元其像面上光量均匀。
在一具体实施方式中，光源发射的光束的波长λ为780nm，fθ系数fc为120mm/rad，Lmax固定为12.5mm，此时，满足公式条件的Lmin应大于3.7mm。例如，当Lmin选择4mm，将具有相应值的f-θ透镜置于该光扫描单元中，获取像面上的相关参数计算得到像面上的相对光量如下表2所示：
表2
从上表2中可以看出，各相对光量均大于等于97.6。由此，当各参数取值分别为如下值：即λ为780nm，fθ系数fc为120mm/rad，Lmax为12.5mm，Lmin为4mm，此时，公式左边的计算值为21mm，公式右边的计算值为21.3mm，满足21mm<21.3mm，即满足上述公式的扫描单元其像面上光量均匀。
根据上述计算，当光源发射的光束的波长λ为780nm，fθ系数fc为120mm/rad，Lmax固定为12.5mm，此时，满足公式条件的Lmin应大于3.7mm，若Lmin选择小于3.7mm的值，例如Lmin选择3mm，此时计算的相对向量如表3所示。
表3
从上表3中可以看出，计算的最小的相对光量为92，即出现了相对光量小于95％，或者说出现了相对光量不均匀的现象。由此，当各参数取值分别为如下值：即λ为780nm，fθ系数fc为120mm/rad，Lmax为12.5mm，Lmin为3mm，此时，公式左边的计算值为22mm，公式右边的计算值为21.3mm，不满足上述公式，因此，不满足上述公式的光扫描单元会出现光量不均匀的现象。
在一具体实施方式中，光源发射的光束的波长λ为780nm，fθ系数fc为130mm/rad，Lmax固定为12.5mm，此时，满足公式条件的Lmin应大于5.4mm。例如，当Lmin选择6.1mm，将具有相应值的f-θ透镜置于该光扫描单元中，获取像面上的相关参数计算得到像面上的相对光量如下表4所示：
表4
从上表4中可以看出，各相对光量均大于等于99.3。由此，当各参数取值分别为如下值：即λ为780nm，fθ系数fc为130mm/rad，Lmax为12.5mm，Lmin为6.1mm，此时，公式左边的计算值为18.9mm，公式右边的计算值为19.6mm，满足18.9mm<19.6mm，即满足上述公式的扫描单元其像面上光量均匀。
在一具体实施方式中，光源发射的光束的波长λ为780nm，fθ系数fc为140mm/rad，Lmax固定为12.5mm，此时，满足公式条件的Lmin应大于6.77mm。例如，当Lmin选择7.2mm，将具有相应值的f-θ透镜置于该光扫描单元中，获取像面上的相关参数计算得到像面上的相对光量如下表5所示：
表5
从上表5中可以看出，各相对向量均大于等于99.6。由此，当各参数取值分别为如下值：即λ为780nm，fθ系数fc为140mm/rad，Lmax为12.5mm，Lmin为7.2mm，此时，公式左边的计算值为17.8mm，公式右边的计算值为18.23mm，满足17.8mm<18.23mm，即满足上述公式的扫描单元其像面上光量均匀。
由此，通过上述设置的四个实施例和一个对比例可以看出，满足上述公式的光扫描单元其像面成像的光量均匀，而不满足上述公式的光扫描单元出现了光量不均匀的现象，因此，通过采用满足上述公式的光扫描单元能够解决在光扫描单元中采用f-θ透镜其潜像不均匀的现象的问题。
实施例3
本发明实施例还提供一种成像装置，如图2所示，该成像装置包括：上述实施例1或实施例2所述的光扫描单元；感光体50，用于将光扫描单元输出的光束形成静电潜像。本发明实施例提供的成像装置采用上述实施例中的光扫描单元，光扫描单元输出的光束在感光体上成像，由此，感光体上形成的静电潜像光量均匀。
在一实施方式中，该成像装置还包括：显影装置，用于在所述感光体上形成调色剂图像；转印单元，用于将形成在所述感光体上的调色剂图像转印至打印介质；定影单元，用于将转印的图像定影至打印介质。其中，可以在成像装置中设置壳体，并将显影装置、光扫描单元、转印单元以及定影单元设置在壳体中。
具体地，显影装置可以设置多个，以通过一次成像的方式形成全色图像。转印单元面向感光体，控制打印介质通过两者间的移动路径移动，并将形成在感光体上的图像转印至打印介质上。定影单元包括加热辊、压力辊和热源，加热辊的表面由热源产生的热加热，并被按压在压力辊上，从而将转印的图像定影在打印介质上。
虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下对这些实施例进行各种变化、替换和修改，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。
此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。

Claims (10)

1.一种光扫描单元，其特征在于，包括：
光源，用于发射预定波长的光束；
光束偏转器，向像面偏转并扫描由所述光源发射的光束；
f-θ透镜，用于在像面上形成由所述光束偏转器偏转的光束对应的图像，
所述光扫描单元满足如下公式：
式中，Lmax和Lmin分别表示从f-θ透镜的光轴的偏转角的总的光束经过距离的最大值和最小值，λ表示所述光源发射的光束的波长，fc表示fθ系数。
2.根据权利要求1所述的光扫描单元，其特征在于，fc根据如下公式计算得到：
h＝fc*θ
式中，θ表示光扫描单元的扫描角度，h表示对应扫描角度θ时的像高。
3.根据权利要求1所述的光扫描单元，其特征在于，
当光扫描单元中的fθ系数减小或者光源发射的光束的波长增加时，减小f-θ透镜的Lmin值；
当光扫描单元中的fθ系数增加或者光源发射的光束的波长减小时，增加f-θ透镜的Lmin值。
4.根据权利要求1所述的光扫描单元，其特征在于，所述f-θ透镜包括设置在所述光束偏转器和像面之间的至少一个透镜，作为f-θ透镜的透镜至少一个透镜为塑料透镜。
5.根据权利要求1所述的光扫描单元，其特征在于，所述光束偏转器包括：提供旋转力的驱动源和由所述驱动源旋转驱动的多角镜，
所述多角镜偏转并扫描由所述光源发射的光束。
6.根据权利要求1所述的光扫描单元，其特征在于，还包括：
准直透镜，设置在所述光源和所述光束偏转器之间，用于聚焦光源发射的光束。
7.根据权利要求6所述的光扫描单元，其特征在于，所述准直透镜采用注塑工艺或者模压成型法制作，
当所述准直透镜采用模压成型法制作时，所述光扫描单元还包括：柱面透镜，设置在所述光源和所述光束偏转器之间，用于将准直透镜出射的光束整形。
8.根据权利要求7所述的光扫描单元，其特征在于，还包括：
光阑，设置在所述准直透镜和所述柱面透镜之间，用于限制所述准直透镜出射的光束孔径。
9.一种成像装置，其特征在于，包括：
权利要求1-8任一项所述的光扫描单元；
感光体，用于将光扫描单元输出的光束形成静电潜像。
10.根据权利要求9所述的成像装置，其特征在于，还包括：
显影装置，用于在所述感光体上形成调色剂图像；
转印单元，用于将形成在所述感光体上的调色剂图像转印至打印介质；定影单元，用于将转印的图像定影至打印介质。
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