CN1847919A - 具有可热变形切口的激光扫描单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有可热变形切口的激光扫描单元。激光扫描单元包括可热变形切口，其具有根据温度变化而大小可变化的激光束孔，以控制从光源投射并聚焦在扫描物镜上的激光点尺寸。温度增加时该可热变形切口减小激光束孔，而在温度降低时该可热变形切口扩大激光束孔。另外，该可热变形切口包括：具有激光束孔的切口元件；和可热变形元件，其设置在切口元件的激光束孔附近并且可根据温度而变形以局部阻挡激光束孔，以控制激光束孔的大小。

Description

具有可热变形切口的激光扫描单元

技术领域

本总体发明构思涉及电子照相成像设备。更具体地，本总体发明构思涉及通过将激光束照射到感光介质上而形成静电潜像的激光扫描单元。

背景技术

例如激光束打印机的电子照相成像设备包括照射对应于有关所需图像的信息的光的光投射器，以及承载通过从光投射器照射的光所形成的静电潜像的感光介质。对于光投射器，一般使用激光扫描单元，其产生激光束并且由激光束在感光介质上形成图像。

通常，电子照相激光束打印机由从激光扫描单元投射并形成在感光介质上的光点尺寸所定义。近来，已经介绍了一种改进的激光束打印机，其改变了激光点尺寸，能够在多个不同定义的电子照相激光打印机之中进行转变。

图1示意性示出了应用于定义可转变的激光束打印机的激光扫描单元，即，其能够改变激光点尺寸，如日本专利公开No.9-230367中所公开的。

在图1中，附图标记1表示作为光源的激光二极管，2表示准直透镜，3表示圆柱透镜，4和5分别表示用于控制发光度和激光点尺寸的第一和第二切口。如图1所示，第一和第二切口4和5设置在准直透镜2和圆柱透镜3之间。第二切口5连接到切口控制器6上。

第一切口4确定了水平扫描方向上的激光点尺寸。第二切口5由一种具有两阶梯宽度的切口元件形成，并通过两阶梯确定了垂直扫描方向上的激光点尺寸。因此，由于垂直扫描方向上的激光点尺寸通过两阶梯可变化，从而通过两阶梯控制形成在感光介质表面上的激光点尺寸，可以按照需要调节每英寸的点数(dpi)和线宽。

在日本专利公开No.9-159960中公开的激光扫描单元包括：其中宽度可作线性改变以便控制dpi和线宽的切口，用电子学方法控制切口运动的切口控制器驱动器，机械部分，以及根据改变的切口来补偿光学输出变化的电路。在这种激光扫描单元中，激光点尺寸根据变化的切口宽度所作的改变存储于存储器中，并且当dpi改变时，切口控制器利用所存储的信息通过切口控制器驱动器和电动机进行工作，从而控制激光点尺寸。

但是，在如上所述的传统激光扫描单元中，用于通过控制形成在感光鼓上的激光点尺寸来改变dpi的专用机械部分、电子驱动器以及电路使激光扫描单元的结构复杂化并增加了生产成本。

此外，传统的激光扫描单元通常采用正方形切口作为激光束孔。但是，由于圆形或椭圆形孔对于成像是优选的，所以正方形切口会降低打印质量。

而且，快速打印得到了高度需求。然而，当激光扫描单元不能适于根据激光扫描单元内部温度变化而可变化的激光点尺寸时，就难于在长时间打印时保持期望的打印质量。

发明内容

本总体发明构思提供了一种激光扫描单元，其通过采用可用简单机构操作的可热变形切口而能够简化结构并降低生产成本。

本总体发明构思还提供了一种激光扫描单元，其具有可热变形切口，其通过采用具有大小可变的圆形或椭圆形激光束孔的切口而能够在成像表面上形成最适宜的焦点。

本总体发明构思还提供了一种激光扫描单元，其具有可热变形切口，其能够根据温度变化自动控制激光点尺寸，从而保持规则的图像质量。

本总体发明构思的附加的方面和优点将一部分在随后的描述中阐明，一部分从描述显见，或可以通过本总体发明构思的实践而习之。

本总体发明构思的前述和/或其它方面以及实用性可以通过提供一种激光扫描单元实现，其包括可热变形切口，其具有根据温度变化而大小可变化的激光束孔，以控制从光源投射并聚焦在扫描物镜上的激光点尺寸。

可热变形切口可包括切口元件，其具有激光束孔和可热变形元件，该可热变形元件靠近切口元件的激光束孔设置并可根据温度变化而变形，以局部阻挡激光束孔来控制激光束孔的大小。

可热变形切口还可包括一对设置在激光束孔相对侧的支脚，所述支脚可相对于固定销钉向内和向外移动，以逐步减小和扩大激光束孔的大小。

激光束孔可基本上为圆形或椭圆形。

可热变形切口可包括第一和第二切口元件，每个切口元件具有彼此重叠的激光束孔，每个切口元件可移动使得该重叠的激光束孔的重叠量可变化；以及可热变形元件，其设置在第一和第二切口元件之间以移动第一和第二切口元件并可根据温度变化而变形。

可热变形元件可包括双金属或单金属。可热变形元件可包括一对分别固定到第一和第二切口元件的第一和第二固定点上的支脚，所述支脚可相对于第三固定点向内和向外移动以移动第一和第二切口元件。

本总体发明构思的前述和/或其他方面和实用性还可以通过提供一种激光扫描单元实现，其包括：投射激光束的光源；准直透镜，其将光源投射的激光束转变成平行光束；可热变形切口，其具有根据温度变化而大小可变的激光束孔，以控制通过准直透镜的激光束的形状和尺寸，以根据温度变化改变激光点尺寸；圆柱透镜，其将通过可热变形切口的激光束在相对于垂直扫描方向的水平方向上转变成线性光束；多角镜组件，通过以恒定线速度移动通过圆柱透镜的水平线性光束来执行扫描；以及扫描透镜，其在水平扫描方向上偏振通过多角镜的线性光束，以补偿球面像差并用于将线性光束聚焦在被扫描的表面上。

本总体发明构思的前述和/或其他方面和实用性还可以通过提供一种激光扫描单元实现，其包括：光源；准直透镜；圆柱透镜；以及可热变形切口，该可热变形切口根据激光扫描单元的温度变化而变形以改变激光扫描单元的景深(depth of field)，该可热变形切口位于准直透镜和圆柱透镜之间。该可热变形切口可包括一个切口元件、至少一个激光束孔、可热变形元件、一对支脚以及固定销钉孔。该至少一个激光束孔可具有根据激光扫描单元的温度变化而改变的形状。该至少一个激光束孔可具有根据激光扫描单元的温度变化而改变的大小。该至少一个激光束孔的形状可以是非正方形形状。该至少一个激光束孔的形状可以是基本圆形形状或基本椭圆形形状。激光扫描单元还可包括多角镜组件、扫描透镜装置、反射镜、水平同步镜和光学传感器。

本总体发明构思的前述和/或其他方面和实用性还可以通过提供一种电子照相成像设备实现，其包括具有激光扫描单元和感光介质的光投射器。

本总体发明构思的前述和/或其他方面和实用性还可以通过提供一种利用激光扫描单元将激光束照射到感光介质上的方法，该方法包括：投射激光束，将投射的激光束转变成平行光束，利用包括光束孔的可热变形切口控制平行光束的尺寸和激光扫描单元的景深，以及将所控制的平行光束转变成线性光束。平行光束的尺寸和激光扫描单元的景深的控制可包括局部阻挡可热变形切口的光束孔以增加激光扫描单元的景深。平行光束的尺寸和激光扫描单元的景深的控制可包括减小或增大可热变形切口的光束孔的直径，以相应地增大或减小激光扫描单元的景深。平行光束的尺寸和激光扫描单元的景深的控制可包括响应于激光扫描单元的温度增加而通过缩窄孔或通过局部阻挡孔而减小光束孔的大小，以增加激光扫描单元的景深。该方法还可包括以恒定速度移动线性光束，偏振该恒定速度的线性光束，以及垂直反射光束以在感光介质表面上形成点象。该方法还可包括在偏振该恒定速度的线性光速之前补偿球面像差。恒定速度的线性光速的偏振可包括以预定折射率使光束偏振到垂直扫描方向。

附图说明

本总体发明构思的这些和/或其他方面和优点将通过参照附图对实施例的下述说明而变得明显和更加易于理解。附图中：

图1示意性示出了现有技术的激光扫描单元；

图2示意性示出了根据本总体发明构思第一实施例的具有可热变形切口的激光扫描单元；

图3示意性示出了图2所示的可热变形切口的工作原理；

图4A和4B分别是示出图2所示的可热变形切口的结构和工作的主视图和侧视图；和

图5示出根据本总体发明构思第二实施例的可热变形切口。

具体实施方式

现在详细描述本发明的当前实施例，其示例示于附图中，其中相同的附图标记始终指代相同的元件。在下文描述实施例是为了通过参照附图解释本总体发明构思。

在下面的说明中，说明书中限定的主题例如详细结构和元件只是为了帮助充分理解本总体发明构思。因此，显然本总体发明构思可以在不具有这些限定的主题的情况下就可实施。

如图2所示，根据本总体发明构思实施例的激光扫描单元包括：作为光源的激光二极管10，准直透镜20，圆柱透镜30，设置在准直透镜20和圆柱透镜30之间的可热变形切口100，多角镜组件40，f·θ透镜50(下文中，称作“扫描透镜”)，反射镜60，水平同步镜70和光学传感器80。

激光二极管10根据输入图像的视频信号产生并投射激光束。准直透镜20将激光二极管10投射的激光束转变成相对于射束轴的平行光束。圆柱透镜30将通过准直透镜20的平行光束转变成相对于垂直扫描方向水平的线性光束。多角镜组件40通过以恒定线速度移动通过圆柱透镜30的线性光束来执行扫描。多角镜组件40包括具有多个定向反射面的多角镜41和多角镜驱动器43。

扫描透镜50使恒定线速度的通过多角镜41的光束偏振到垂直扫描方向，并补偿球面像差以将光束聚焦在扫描表面上。为此，扫描透镜50包括用于补偿球面像差的球面透镜51，以及包括以预定折射率使被补偿的激光束偏振到垂直扫描方向的复曲面透镜53。反射镜60垂直反射通过扫描透镜50的激光束从而在感光介质200的表面上(即，成像表面)形成点象。水平同步镜70水平地反射通过扫描透镜50的激光束。光学传感器80接收从水平同步镜70反射的激光束并使之同步。

可热变形切口100控制通过准直透镜20的激光束的形状和尺寸，例如发光度和激光点尺寸。可热变形切口100可包括根据激光扫描单元内部温度或环境温度而大小可变的激光束孔，使得激光点尺寸可以根据温度得到控制。

如图3、4A和4B所示，根据本总体发明构思实施例的可热变形切口100包括：具有激光束孔110a的切口元件110，以及设置在切口元件110的激光束孔110a附近的可热变形元件130。可热变形元件130随着温度变化而变形，从而通过局部阻挡激光束孔110a来控制激光束孔110a的大小。更具体地，可热变形切口100在激光扫描单元的内部温度增加时减小激光束孔110a并在内部温度降低时扩大激光束孔110a。

在激光扫描单元中，形成在感光介质上的激光点尺寸、景深，以及发光度根据激光束孔110a的大小变化而改变。由于打印的点的大小由感光介质上的激光点尺寸确定，所以可以理解切口定义了打印机。激光束孔110a的大小和成像激光点尺寸之间的关系可以用如下[关系式1]表示：

$d\∝\frac{\mathrm{\λf}}{D}$ [关系式1]

其中，“d”表示激光点尺寸，“D”表示切口的激光束孔的直径，以及“λ”表示波长。

同时，数值孔径(NA)根据激光束孔110a的大小而改变。NA通过降低激光束孔而减小，从而增加了景深。当激光扫描单元具有大的景深时，打印质量可以稳定，因为随着激光扫描单元的内部温度增加，框架、光学部件和光学支承部件可能变形并偏离它们初始位置，使得成像表面上的激光点尺寸变化。因而，为了应付内部温度的增加，优选的是激光扫描单元具有大的景深。

当激光扫描单元的温度增加时，如果可热变形切口100的激光束孔110a的大小减小，则激光点尺寸和景深分别增加。尽管这种激光点尺寸的增加不会高度影响打印质量，但由于温度增加导致的光路偏转使得打印机的操作和图像质量下降。特别地，当在组装各个部件过程中由于温度增加产生的微小误差，打印质量受到显著影响。但是，传统的切口不能控制景深，因此不能应付温度的增加。

由于根据本总体发明构思实施例的可热变形切口100设置有可热变形元件130(其根据具有激光束孔110a的切口元件110的温度而变形)，当激光扫描单元的内部温度增加时，激光束孔110a受到可热变形元件130的部分阻挡，从而增加了景深。结果，即使打印机使用了很长时间而导致温度增加，也可以保持或提高打印质量。

如图4A和4B所示，可热变形元件130可包括一对支脚131和133，其设置在切口元件110的激光束孔110a的每一侧上。另外，可热变形元件130可通过固定销钉135固定到切口元件110的中心部分。因此，由于支脚131和133在相对于固定销钉135的箭头方向上变形，所以可热变形元件130可控制激光束孔110a的大小。

如图4A和4B所示，激光束孔110a可具有基本圆形形状。在初始位置，所述一对支脚131和133不阻挡激光束孔110a。但是，随着内部温度升高，所述一对支脚131和133相对于固定销钉135向内变形(即，彼此相向)，从而局部阻挡并减小激光束孔110a的大小。当温度降低并恢复时，所述一对支脚131和133返回到初始位置(即，向外、彼此背离地变形)，从而扩大并回复激光束孔110a的大小。

可热变形元件130可以是一种由两种不同金属构成的双金属材料，这两种不同金属具有不同的热膨胀系数并彼此连接，或者可以是生物金属(bio-metal)，其根据温度而各向异性地膨胀和收缩。但是，本总体发明构思不限于这种双金属和/或生物金属，因此可以采纳可热膨胀和收缩的任何其他金属或材料。而且，切口元件110的激光束孔110a可具有除基本圆形形状之外的其他形状，例如椭圆形状。

图5示意性示出根据本总体发明构思另一实施例的激光扫描单元的可热变形切口300。

该实施例类似于前述实施例。但是，在该实施例中可热变形切口300可包括分别具有激光束孔310a和320a的第一和第二切口元件310和320，以及包括可热变形元件330。

第一和第二切口元件310和320可以布置成使得激光束孔310a和320a重叠并构造成可在图5的箭头方向上移动，使得通过重叠激光束孔310a和320a形成的空间S的大小可变。

可热变形元件330可包括一对支脚331和333，每个支脚具有分别固定到第一和第二切口元件310和320上的端部。这里，第一和第二切口元件310和320的固定点在图5中分别由F1和F2表示。随着温度变化，所述一对支脚331和333相对于另一固定点F3向内或向外变形。因而，第一和第二切口元件310和320的重叠宽度W改变，从而改变空间S的大小。

在本实施例中，可热变形元件330的功能、材料和操作与前述实施例中的可热变形元件130并无不同。而且，可热变形元件330具有和前述实施例一样的效果。

但是，根据图4A和4B所示的实施例，由于激光束孔110a的大小只在一个方向受到控制，则激光点尺寸和景深可以只在垂直扫描方向或水平扫描方向中的一个方向上受到控制。另一方面，根据图5所示的实施例，根据椭圆形状的两个激光束孔310a和320a的重叠程度(即，两个激光束孔310a和320a之间的重叠量)，重叠的激光束孔的大小可以在垂直扫描方向或水平扫描方向上都得到控制。因此，在图5的实施例中，激光点尺寸和景深在两个方向上都得以控制。

正如可从本总体发明构思实施例的上述说明中认识到的，尽管激光扫描单元的内部温度增加，但光学系统的景深会较高，从而确保规则的打印质量。

此外，由于根据本总体发明构思实施例的激光扫描单元包括可由简单机构操作的可热变形切口，该激光扫描单元的结构可以简化，因此生产成本降低。

此外，根据本总体发明构思实施例的激光扫描单元包括切口，该切口具有例如圆形或椭圆形激光束孔。激光束可用一种理想的方式聚焦在成像表面上，从而防止由激光束孔的形状导致的打印质量的下降。

尽管已经参照特定实施例示出并描述了本总体发明构思，但本领域的技术人员可以理解，在不脱离由所附权利要求书限定的本总体发明构思的思想和范围的前提下，可以对形式和细节做出改变。

Claims (20)

1.一种激光扫描单元，包括：

产生激光束的光源；

扫描装置，通过照射从光源投射的激光束来形成图像；和

可热变形切口，其具有根据温度变化而大小可变化的激光束孔，以控制聚焦在扫描物镜上的激光点尺寸。

2.权利要求1的激光扫描单元，其中温度增加时该可热变形切口减小激光束孔的大小，而在温度降低时该可热变形切口扩大激光束孔的大小。

3.权利要求2的激光扫描单元，其中该可热变形切口包括：

具有激光束孔的切口元件；和

可热变形元件，其设置在切口元件的激光束孔附近并且可根据温度变化而变形以局部阻挡激光束孔，以控制激光束孔的大小。

4.权利要求3的激光扫描单元，其中可热变形元件包括双金属。

5.权利要求3的激光扫描单元，其中可热变形元件包括生物金属。

6.权利要求3的激光扫描单元，其中可热变形元件包括一对设置在激光束孔相对侧的支脚，所述支脚可相对于固定销钉向内和向外移动，以逐步减小和扩大激光束孔的大小。

7.权利要求6的激光扫描单元，其中该激光束孔具有基本圆形形状。

8.权利要求2的激光扫描单元，其中可热变形切口包括：

第一和第二切口元件，每个切口元件具有彼此重叠的激光束孔，每个切口元件可移动使得重叠的激光束孔的重叠量可以改变；以及

可热变形元件，其设置在第一和第二切口元件之间以移动第一和第二切口元件并可根据温度变化而变形。

9.权利要求8的激光扫描单元，其中可热变形元件包括双金属。

10.权利要求8的激光扫描单元，其中可热变形元件包括生物金属。

11.权利要求9的激光扫描单元，其中可热变形元件包括一对分别固定在第一和第二切口元件的第一和第二固定点上的支脚，所述支脚可相对于第三固定点向内和向外移动，以移动第一和第二切口元件。

12.权利要求11的激光扫描单元，其中该激光束孔具有基本椭圆形形状。

13.一种激光扫描单元，包括：

投射激光束的光源；

准直透镜，其将光源投射的激光束转变成平行光束；

可热变形切口，其具有激光束孔，该可热变形切口的大小可根据温度变化而改变以控制通过准直透镜的激光束的形状和尺寸，以根据温度变化改变激光点尺寸；

圆柱透镜，其将通过可热变形切口的激光束在相对于垂直扫描方向的水平方向上转变成线性光束；

多角镜组件，通过以恒定线速度移动通过圆柱透镜的水平线性光束来执行扫描；以及

扫描透镜，其在水平扫描方向上偏振通过多角镜的线性光束，以补偿球面像差并将线性光束聚焦在被扫描的表面上。

14.权利要求13的激光扫描单元，其中温度增加时该可热变形切口减小激光束孔，而在温度降低时该可热变形切口扩大激光束孔。

15.权利要求14的激光扫描单元，其中该可热变形切口包括：

具有基本圆形形状的激光束孔的切口元件；和

可热变形元件，其设置在切口元件的激光束孔附近并且可根据温度变化而变形以局部阻挡激光束孔，以控制激光束孔的大小。

16.权利要求15的激光扫描单元，其中可热变形元件包括双金属。

17.权利要求16的激光扫描单元，其中可热变形元件包括一对设置在激光束孔相对侧的支脚，所述支脚可相对于固定销钉向内和向外移动，以逐步减小和扩大激光束孔的大小。

18.权利要求14的激光扫描单元，其中可热变形切口包括：

第一和第二切口元件，每个切口元件具有彼此重叠的椭圆形激光束孔，并且可移动地设置成使得重叠的激光束孔可以改变；以及

可热变形元件，其设置在第一和第二切口元件之间以移动第一和第二切口元件并可根据温度变化而变形。

19.权利要求18的激光扫描单元，其中可热变形元件包括双金属。

20.权利要求19的激光扫描单元，其中可热变形元件包括一对分别固定在第一和第二切口元件的第一和第二固定点上的支脚，所述支脚可相对于第三固定点向内和向外移动，以移动第一和第二切口元件。

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