CN1189040A - 具有级光学扫描系统的扫描装置 - Google Patents

Abstract

一个带有级联光学扫描系统的扫描装置,包括:第一激光扫描系统;第二激光扫描系统;其中,第一和第二激光扫描系统要这样安排,使第一扫描线与第二扫描线在接合点沿主扫描方向对齐,以形成单一的一条扫描线;第一旋转机构;第二旋转机构;第一激光束检测器;第二激光束检测器;第一控制器;第二控制器,使第一激光束检测器输出信号的第一相位与第二激光束检测器输出信号的第二相位同步。

Description

具有级光学扫描系统的扫描装置

本发明涉及级联光学扫描系统，它有一对沿主扫描方向排列的激光扫描系统，控制这对激光扫描系统，使之相互间同步运转，以得到宽角扫描线；更确切地说，本发明涉及的扫描装置中两个光这扫描系统是这样级联的，其中一个激光扫描系统的多面反射镜的旋转，与另一个激光扫描系统我面镜的旋转同步，使这一对激光扫描系统各自产生的两条扫描线对齐，防止这两条扫描线在主扫描方向或副扫描方向上互相分离。

用多个激光扫描系统沿主扫描方向排列，以获得宽角扫描线的级联光学扫描系统，已有报导。此类光学扫描系统披露于日本专利公开N.61-11720上，1986年1月20日出版。此刊物披露的级联光学扫描系统，有一对激光扫描系统，其中每一个都有一激光束发射器，一个用作偏转器件的多面反射镜，一个fθ透镜，等等。这一对激光扫描系统是同步驱动的，使各自扫描的激光束射向光敏鼓的光敏表面(扫描表面)，落在沿平行于光敏数轴向伸延的一条公共直线上。这一对扫描激光束分别扫描光敏鼓表面的公共直线上两段相邻线段，从而沿主扫描方向在光敏鼓的光敏表面扫出一段宽角的线段。

在此类级联光学扫描系统里，有一个根本问题需要克服。这就是，在级联光学扫描系统中，一个激光扫描系统的激光束，在光敏鼓上扫出的扫描线，如何能与另一个激光扫描系统的激光束在光敏鼓上扫出的另一条扫描线对齐，使这两条扫描线既在主扫描方向，也在副扫描方向互相都不分开，就是说，使两条独立的扫描线组成一条直的且连续的扫描线。

图4画出带级联光学扫描系统的通常扫描装置里一对扫描线在接合点附近两扫描线相对的端点，这一对扫描线要结合成一条直的扫描线。带斜线的点是由这对光学扫描系统之一产生的，不带斜线的点是由另一个光学扫描系统产生的。竖直虚线31表示这对扫描线的接合位置，即，带斜线的点30A与不带斜线的点30B分别位于这一对扫描线的相对端。要形成一条直的扫描线，带斜线的点30A必须与不带斜线的点30B在主扫描方向上对齐。但是，在通常的扫描装置里，一对多面反射镜是相互独立地旋转的，如果这一对多面反射镜出现转速差，导至一个光学扫描系统每次起时间与另一个光学扫描系统每次起扫时间之差，可能使这对扫描线之一与另一扫描线在副扫描方向上(在图4看为竖直方向)分离。因此，如果一对多面反射镜出现转速差，点30A与30B中的一个会沿副扫描方向与其他的点分离。带斜线的点30B′与30B″中每一个都表示不带斜线的点30B沿副扫描方向与带斜线的点30A分离的情形。

本发明的主要目标，是提供一个带级联光学扫描系统的措施装置，其中由一对激光扫描系统之一发射的扫描激光束所产生的一条扫描线，与另一个激光扫描系统所产生的另一条扫描线，能在扫描表面上避免沿主扫描方向或副扫描方向互相分离。

为了在达到上述目标，按照本发明的一个方面，提供一个带级联光学扫描系统的扫描装置，它包括：带有第一多面反射镜的第一激光扫描系统，第一多面反射镜使第一扫描激光束偏转，在扫描表面扫出第一扫描线；带有第二多面反射镜的第二激光扫描系统，第二多面反射镜使第二扫描激光束偏转，在扫描表面扫出第二扫描线，第一和第二激光扫描系统要这样安排，使第一扫描线与第二扫描线在主扫描方向的接合点处对齐，形成单一的一条扫描线，驱动第一多面反射镜旋转的第一旋转装置；驱动第二多面反射镜旋转的第二旋转装置；在第一固定位置上检测第一扫描激光束的第一激光束检测器；在第二固定位置上检测第二扫描激光束的第二激光束检测器；第一控制器，控制第一旋转装置，使第一多面反射镜以恒定速率旋转；第二控制器，控制第二旋转装置去调整第二多面反射镜的转速，使第一激光束检测器输出信号的第一相位与第二激光束检测器输出信号的第二相位同步。

最好是，第一多面反射镜使第一扫描激光束在扫描表面的一部分上扫描，产生第一扫描线，第二多面反射镜使第二扫描激光束在扫描表面的另一部分扫描，产生第二扫描线，此时最好是，在第一扫描激光束扫在扫描表面该部分之前，第一激光束传感顺便检测到第一扫描激光束，以及在第二扫描激光束扫在扫描表面的另一部分之前，第二激光束检测器便检测到第二扫描激光束。

最好是，第一与第二多面反射镜以相反旋转方向旋转，使第一与第二扫描激光束从扫描表面中央附近开始，沿相反方向朝着各自相反的一端扫描，分别扫描扫描表面各自那一部分。

最好是，第二控制器包括：一个相位差检测器，它检测与第一激光束检测器测得的时间与第二激光束检测器测得的时间之差对应的第一相位与第二相位之间的相位差；一个低通滤波器，用于输出与相位差大小相对应的电压；一个压控振荡器，它据电压去改变输出的时钟脉冲频率，当存在时间差时，从压控振荡器输出的时钟脉冲便送进第二旋转装置。

最好是，相位差检测器，低通滤波器及压控振荡器共同对输出时钟脉冲起作用，以驱动第二旋转装置，消除相位差。

最好是，第一控制器包括：一个时钟脉冲发生器；一个分频器，它把时钟脉冲发生器输出的时钟脉冲频率分频，把时钟脉冲分频后的频率输出给第一旋转装置。

最好是，扫描装置还包括一个处理器，它根据第一和第二激光束检测器的输出信号，控制第一和第二扫描激光束的辐射量。

按照本发明的另一方面，提供一个带有级联光学扫描系统的扫描装置，它包括：带有第一多面反射镜的第一激光扫描系统，第一多面反射镜使第一扫描激光束偏转，在扫描表面扫出第一扫描线；带有第二多面反射镜的第二激光辉扫描系统，第二多面反射镜使第二扫描激光束偏转，在扫描表面扫出第二扫描线，第一和第二激光扫描系统要这样安排，使第一扫描线与第二扫描线在主扫描方向的接合点处对齐，形成单一的一条扫描线；在第一固定位置上检测第一扫描激光束的第一激光束检测器；在第二固定位置上检测第二扫描激光束的第二激光束检测器；第一控制器，控制第一多面反射镜以恒定速率旋转；第二控制器，在控制第二多面反射镜旋的同时，调整第二多面反射镜相对于第一多面反射镜恒定转速的旋转速率，使第一激光束检测器输出信号的第一相位与第二激光束检测器输出信号的第二相位同步。第一和第二多面反射镜最好以相反的旋转方向旋转。

本发明将参照附图在下面作详细说明，附图有：

图1是级联光学扫描系统一个实施例的透视图，此系统已采用了本发明，图中只画出了基本部件；

图2是一方框图，表示图1所示级联光学扫描系统控制电路的一个实施例；

图3是时间曲线图，表明图2控制电路内两个激光不检测器输出信号的时间曲线，以及图2控制电路内相位差检测器输出电压所代表的相位差；

图4是说明用图，画出通常扫描装置一对扫描线在接合点附近，两扫描线相对的端点，这一对扫描线要结合成一条直的扫描线；

图5是一条曲线，表明图2中的压控振荡器输入的直流电压与压控振荡器输出的时钟脉冲频率之间关系。

图1画出级联光学扫描系统的一个实施例，供在光敏鼓(转动部件(10的光敏表面上扫描，这个光敏鼓装在激光束打印机(扫描设备)内。级联光学扫描系统有一对激光扫描系统，即，第一光学扫描系统20A和第二光学扫描系统20B。第一和第二光学系统20A与20B中每个都按线远心系统设计，所以第一与第二光学系统20A与20B发出的扫描激光束，其相对于鼓10光敏表面的入射角是变化的，即沿主扫描方向，激光束相对于光敏表面的入射角要随扫描激光束在光敏表面上扫描点位置的变化而变化。第一与第二光学扫描系统20A与20B都用相同的光学元件或部件构成，就是说，第一光学扫描系统20A由一个作为激光束发送器的激光准直单元21A，一柱面透镜23A，一面多面反射镜(扫描激光束偏转器)24A，fθ透镜组25A，辅助透镜26A及反射镜27A组成，第二光学扫描系统20B由一个作为激光束发送器的激光准直单元21B由一个作为激光束发送器的激光准直单元21B，一柱而透镜23B，一多面反射镜(扫描激光束偏转器)24B，fθ透镜组25B，辅助透镜26B及反射镜27B组成。从图1可见，每个fθ透镜组25A或25B由两片透镜构成。第一与第二光学扫描系统20A与20B平行于鼓10的轴并排排列，支承在公共箱体35内侧的平坦表面上。

激光准直单元21A与21B是一样的。每个激光准直单元21A和21B，内装激光二极管LD和准直透镜组(未画出)，准直透镜组把激光二极管LD发出的激光束准直。在每个第一及第二光学扫描系统20A与20B内，激光二极管LD发出激光束，经准直透镜组准直。之后，已准直的激光束入射到放在各激光准直单元21A与21B前面的柱面透镜23A和23B上。每个柱面透镜23A或23B沿副扫描方向有聚焦能力，因此，入射到柱面透镜并通过柱面透镜的激光束沿副扫描方向聚集，然后入射到各自的多面反射镜24A及24B上。多面反射镜24A和24B各自旋转，使入射在其上的激光束在主扫描方向上偏转，分别通过fθ透镜组25A及25B及辅助透镜26A及26B，射向反射镜27A及27B。随后，入射到反射镜27A和27B的激光束被反射，射向光敏鼓10，并在其上作为与主扫描方向相同的扫描。

每个辅助透镜26A与26B的聚焦能力主要沿副扫描方向。为了减小级联光学扫描系统的尺寸，可以省去辅助透镜26A及26B。此时，fθ透镜组25A和25B的设计要修改，使其聚焦能力分别等价于原为fθ透镜组25A及25B与辅助透镜26A与26B组合后的聚焦能力。

多面反射镜24A以顺时针方向旋转，而多面反射镜24B则以反时钟方向旋转，如在图2所见那样。即，多面反射镜24A与24B以相反方向旋转，在鼓10光敏表面上的扫描是从鼓中央附近开始，沿相反方向扫向各自的相反端。一个反射镜28A固定在箱体35内，在多面反射镜24A的每次扫描过程中，反射镜28A的位置要使fθ透镜组25A出来的扫描激光束，先落在反射镜28A上，然后才经辅助透镜26A及反射镜27A，入射到鼓10的光敏表面。一个激光束检测器(BD(29A固定在处体35内，其位置在反射镜28A的对面，激光束被反射镜28A反射，落在激光束检测器(BD)29A上。同样，反射镜28B固定在箱体35内，在多面反射镜24A的每次扫描过程中，反射镜28A的位置要使从fθ透镜组25A出来的扫描激光束，先落在反射镜28A上，然后才经辅助透镜26A及反射镜27A，入射到鼓10的光敏表面。一个激光束检测器(BD)29A固定在箱体35内，其位置在反射镜28A的对面，激光束被反射镜28A反射，落在激光束检测器(BD)29A上。同样，反射镜28B固定在箱体35内，在多面反射镜24B的每次扫描过程中，反射镜28B的位置要使从fθ透镜组25B出来的扫描激光束，先落在反射镜28B上，然后才经辅助透镜26B及反射镜27B，入射到鼓10的光敏表面。激光束检测器(BD)29B固定在箱体35内，位于反射镜28B的对面，激光束被反射镜28B反射，落在激光束检测器(BD)29B上。

激光准直单元21A及21B内的激光二极管LD由处理器90(见图2)控制，使激光发射根据所给像数据作开(ON)关(OFF)或转换，在鼓10的光敏表面绘出相应的图像(电荷潜像)，随后，鼓10光敏表面的图像按照常用的电子照相技术转印到普通纸上。前面提到的送进处理器90的图像数据，也可由计算机(未画出)提供。借助激光束检测器29A和29B的使用，可对多面反射镜24A和24B进行同步控制，使得在鼓10光敏表面上，第一光学扫描系统20A的扫描激光束光斑的扫描起始点，恰当且精确地靠着第二光学扫描系统20B的扫描激光束光斑的扫描起始点，然后使这两个光斑在主扫描方向沿相反方向互相分开，从而在鼓10光敏表面形成一宽角扫描线。鼓10光敏表面与每个多面反射镜24A与24B同时转动，在鼓10光敏表面扫出一系列宽角扫描线，从而在鼓10光敏表面得到某个图像(电荷潜像)。

图2画出控制器的总体结构，此控制器用于本实施例级联光学扫描系统的控制。第一与第二多面反射镜24A及24B分别由第一及第二电机单元55A及55B使之旋转。分频器接收时钟脉冲发生器51产生的时钟脉冲第一电机单元55A随分频器53输出的时钟脉冲而旋转。分频器53接收时钟脉冲发生器51的时钟脉冲，以预先定好的固定值对输入脉冲频率分频，反分频后的脉冲频率送给电机单元55A。第二电机单元55B是受控的，它随VCO(压控振荡器)63输出的时钟脉冲而旋转。在电源开关接通后的瞬间，送给VCO 63的来自LPF(低通滤波器)61的直流电压为最小，因为还没有信号输入相位差检测器59。所以，在电源开关接通后的瞬间，送给第二电机单元55B的来自VCO 63输出的时钟脉冲频率也为最小(见图5)。

在多面反射镜24A和24B开始转动之后，便有信号从光束检测器29A和29B输出并送至相位差检测器59，第二多面反射镜24B的转速，亦即第二电机单元55B的转速使受控制；每当第一激光束检测器29A检测到第一多面反射镜24A发一的激光束时，便有信号从第二激光束检测器29B输出，以控制第二多面反射镜24B的转速。每个电机单元55A，55B都装有一个电机，电机上有驱动轴，多面反射镜24A和24B分别固定在驱动轴上。

当第一激光束检测器29A检测到扫描激光束时，第一激光束检测器29A便输出一个信号到相位差检测器59和处理器90。当第二激光束检测器29B检测到扫描激光束时，第二激光束检测器29B便输出一个信号到相位差检测器59和延迟电路(时延电路)81。延迟电路81接收预先存在存贮器79中的时延数据，并把来自第二激光束检测器29B的信号按时延数据延迟一特定时间后再输出。相位差检测器59根据来自第一和第二激光束检测器29A和29B的信号，测定第一激光束检测器29A输出信号相位与第二激光束检测器29B输出信号相位之间的相位差，并输出一个相位差指示电压到LPF 61及“与”门69。术语“相位差指示电压”表示一个标志着相位差大小的电压。

从第一电机单元55A输出一个供PLL控制用的锁相信号，送至“与”门69。当第二电机单元55B输出一个锁相信号到“与”门69时，“与”门便输出一个供PLL控制用的锁定信号到处理器90。当锁定信号从“与”门69送达处理器90时，处理器90便启动扫描操作。

图3是一个时间曲线图，它画出第一与第二激光束检测器29A和29B输出信号的时间曲线，同时画出相位差检测器59输出的相位差指示电压的时间曲线。在图3所示情形中，第二激光束检测器29A输出信号的相位，相位差检测器59输出正的相位差指示电压。反之，如果第二激光束检测器29B输出信号的相位领先于第一激光束检测器29A输出信号的相位，则相位差检测器59输出负的相位差指示电压。

在收到相位差检测器59送来的相位差指示电压后，LPF 61把相位差指示电压转换成与相位差指示电压大小相对应的直流电压。接着，LPF 61把直流电压送至VCO(压控振荡器)63。VCO 63根据LPF 61送来的直流电压改变其输出的时钟脉冲频率，改变了的时钟脉冲频率输出到第二电机单元55B。第二电机单元55B按照VCO 63送来的时钟脉冲决定的转速。，旋转第二多面反射镜24B。在此特定的实施例中，当LPF 61送来的直流电压高时，VCO 63输出至第二电机单元55B的时钟脉冲频率就高，而当LPF 61送来的直流电压低时，VCO 63输出至第二电机单元55B的时钟脉冲频率就低。

在本实施例扫描装置中，时钟脉冲发生器51，分频器53，与PLL控制的第一电机单元55A共同构成一个控制第一电机单元55A(第一多面反射镜24A)以恒速旋转的装置。相位差检测器59，LPF 61及VCO 63共同构成一个装置，用于调整第一和第二电机单元55A及55B之一相对于另一个电机单元55A或55B的转速，使激光束检测器29A和29B之一的检测时间与另一个激光束检测器29A或29B的检测时间同步。

由前面的叙述可以看到，相位差检测器59输出的相位差指示电压，由LPF 61转换为与相位差指示电压大小相应的直流电压，随后，由VCO 63把直流电压转换为频率与直流电压相对应的时钟脉冲，使第二电机单元55B的转速随VCO 63输出的时钟脉冲频率的变化面变化。由于第二电机单元55B转速的这种变化，第二激光束检测器29B输出信号的相位也相对于第一激光束检测器29A输出信号的相位而变化。在本实施例扫描装置中，调整第二电机单元55B的转速，使第一激光束检测器29A的检测时间与第二激光速检测器29B的检测时间同步，也就是，使第一激光束检测器29A输出信号的相位与第二激光束检测器29B输出信号的相位同步。

第一激光束检测器29A输出的信号，作为水平同步脉冲HSYNC 1送进处理器90。同样，第二激光束检测器29B输出的信号，经延迟电路81，作为水平同步脉冲HSYNC 2送进处理器90。每个第一与第二激光呸检测器29A与29B输出的信号，被用作参考信号，以启动主扫描数据的一次书写操作，即每一主扫描线的书写。就是说，处理器90根据第一第一及第二激光束检测器29A与29B输出信号的收到时间，执行单独的一次扫描(即在鼓10上画一条沿主扫描方向伸延的水平线)。

从上面叙述可以明白，按照本实施例扫描装置，一方面，第一与第二多面反射镜24A与24B，随PLL控制的第一及第二电机单元55A及55B同步地旋转。另一方面，如果第一与第二多面反射镜24A与24B间出现转速差，即第一激光束检测器29A检测相位与第二激光束检测器29B检测相位间出现相位差，相位差检测器59便检测到此相位差。接着，通过LPF 61及VCO 63产生对应于测得相位差大小的时钟信号，用此信号驱动第二电机重凶55B，以消除相位差，由此实现一次扫描操作，避免了两条扫描线在主扫描方向或副扫描方向互相分离，其中一条扫描线是第一激光扫描系统20A在扫描表面扫出的，另一条扫描线是第二激光扫描系统20B在扫描表面扫出的。

这里描述的本发明具体实施例，可以作各种明显改变，这些修改都在本发明权利要求的精神范围内。必须指出，本说明所含一切材料，是演示性的，不应视为对本发明的限制。

Claims (13)

1.带有级联的光学扫描系统的扫描装置，包括：

第一激光扫描系统，它有第一多面反射镜，用于偏转第一扫描激光束，扫描扫描表面，产生第一扫描线；

第二激光扫描系统，它有第二多面反射镜，用于偏转第二扫描激光束，扫描所述扫描表面，产生第二扫描线，其中所述第一和第二激光扫描系统要这样安排，使所述第一扫描线与第二扫描线在接合点沿主扫描方向对齐，以形成单一的一条扫描线；

第一旋转装置，使所述第一多面反射镜旋转；

第二旋转装置，使所述第二多面反射镜旋转；

第一激光束检测器，在第一固定位置上检测所述第一扫描激光束；

第二激光束检测器，在第二固定位置上检测所述第二扫描激光束；

第一控制器，控制所述第一旋转装置，使所述第一多面反射镜以恒定速率旋转；及

第二控制器，控制所述第二旋转装置去调整所述第二多面反射镜的转速，使所述第一激光束检测器输出信号的第一相位，与所述第二激光束检测器输出信号的第二相位同步。

2.按照权利要求1的扫描装置，其中所述第一多面反射镜偏转所述第一扫描激光束，在所述扫描表面的一部分扫描，产生所述第一扫描线。

其中所述第二多面反射镜偏转所述第二扫描激光束，在所述扫描表面的另一部分扫描，产生所述第二扫描线，

其中所述第一激光束检测器，要在所述第一扫描激光束扫描所述扫描表面的所述部分之前，检测所述第一扫描激光束，

其中所述第二激光束检测器，要在所述第二扫描激光束扫描所述扫描表面的所述另一部分之前，检测所述第二扫描激光束。

3.按照权利要求2的扫描装置，其中所述第一和第二多面反射镜要沿相反的旋转方向旋转，使所述第一与第二扫描激光束分别从所述扫描表面中央附近开始，沿相反方向朝各自相反两端扫描所述扫描表面的所述部分与所述另一部分。

4.按照权利要求1的扫描装置，其中所述第二控制器包括：

相位差检测器，用于检测所述第一相位与第二相位之间的相位差，此相位差对应于所述第一激光束检测器的检测时间与所述第二激光束检测器的检测时间之间的时间差；

低通滤波器，用于输出与所述相位差大小相对应的电压；

压控振荡器，用于按照所述电压改变并输出时钟脉冲的频率，

其中当存在所述时间差时，压控振荡器输出的所述时钟脉冲送至所述第二旋转装置。

5.按照权利要求4的扫描装置，其中所述相位差检测器，所述低通滤波器与所述压控振荡器共同对输出的时钟脉冲起作用，以驱动所述第二旋转装置，消除所述相位差。

6.按照权利要求4的扫描装置，其中所述第一控制器包括：

时钟脉冲发生器；及

分频器，用于把所述时钟脉冲发生器输出的时钟脉冲频率分频，把分频后的时钟脉冲频率送至所述第一旋转装置。

7.按照权利要求1的扫描装置，还包括一个处理器，处理器根据所述第一和第二激光束检测器输出的信号，控制所述第一和第二扫描激光束的发射。

8.按照权利要求1的扫描装置，其中所述第一激光束检测器放在第一光路之外，所述第一扫描激光束通过该第一光路产生所述第一扫描线，并且其中所述第二激光束检测器放在第二光路之外，所述第二扫描激光束通过该第二光路产生所述第二扫描线。

9.按照权利要求1的级联光学扫描系统，还包括一个鼓，在所述鼓的周围有所述扫描表面。

10.按照权利要求1的级联光学扫描系统，其中所述第一与第二激光扫描系统均由相同的光学部件组成。

11.按照权利要求10的级联光学扫描系统，其中所述第一与第二激光扫描系统是对称地安装的。

12.一个带有级联光学扫描系统的扫描装置包括：

第一激光扫描系统，它有第一多面反射镜，用于偏转第一扫描光束，扫描扫描表面，产生第一扫描线；

第二激光扫描系统，它有第二多面反射镜，用于偏转第二扫描激光束，扫描所述扫描表面，产生第二扫描线，其中所述第一和第二激光扫描系统要这样安排，使所述第一扫描线与第二扫描线在接合点沿主扫描方向对齐，以形成单一的一条扫描线；

第一激光束检测器，在第一固定位置上检测所述第一扫描激光束；

第二激光束检测器，在第二固定位置上检测所述第二扫描激光束；

第一控制器，控制所述第一多面反射镜以恒定速率旋转；

第二控制器，控制所述第二多面反射镜的旋转，调整所述第二多面反射镜相对于所述第一多面反射镜所述恒定旋转速率的旋转速率，使所述第一激光束检测器输出信号的第一相位与所述第二激光束检测器输出信号的第二相位同步。

13.按照权利要求12的扫描装置，其中所述第一与第二多面反射镜是以相反的旋转旋转的。

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