CN1968821A - 具有振荡扫描镜的多激光双向打印机 - Google Patents

Abstract

在感光或光敏介质(88)上产生用于显示器或打印装置的数据线(96，98)的系统和方法。数据线(96，98)由两个或更多由共振绕枢轴转动扭转铰接镜(90)引导的调制且平行的激光光束(14A、14B)产生。绕枢轴转动镜(90)在整个感光介质(88)上来回扫描所述两条调制的光束(14A，14B)，以提供双向打印。当用于打印装置时，感光介质(88)和扫描光束平面之间的相对运动通过移动所述感光介质(88)提供，或者当用于显示器装置时，所述相对运动还通过垂直移动所述光束(14A，14B)的扫描平面提供。

Description

具有振荡扫描镜的多激光双向打印机

技术领域

【0001】本发明一般涉及绕枢轴转动微机电系统(MEMS)扭转铰接镜，其包括工作在共振频率上的扫描镜，并且更具体地，涉及此类镜与多激光束和双向打印的一起使用。

背景技术

【0002】转动多角形扫描镜典型地用于激光打印机，以在整个移动的感光或光敏介质(诸如转动鼓)上提供激光源图像的“光栅”扫描。这样一种系统需要感光鼓(photosensitive drum)的转动和所述转动多角形镜的转动是同步的，以使得随着多角形镜的小切面转动通过激光束，光束以一个方向扫过或扫描(scan)整个转动鼓。转动多角形镜的下一个小切面产生类似的扫描或扫掠(sweep)，其也横扫过(traverse)转动感光鼓，但是提供与先前图像线隔开或移位的图像线。因为提高多角形镜的转动速度伴随更高的成本增加，因此把多角形镜作为驱动引擎的打印机制造商，常利用的是都指向多角形镜的单个小切面并从多角形镜的单个小切面反射的、两个或四个等间隔的且平行的激光。

【0003】现有技术中也已经进行过努力而使用较便宜的具有单反射表面的平面镜来提供扫描光束。例如，双轴或单轴扫描镜可以用来替代转动多角形镜产生光束扫掠或扫描。当所述鼓在向前方向上转动时，该转动感光鼓和扫描镜是同步的，以在介质上产生打印的图像线，图像线与由绕枢轴转动镜产生的光束扫描或扫掠平行，并垂直于感光介质的移动。

【0004】但是，使用单轴镜，返回扫掠将横扫过移动的感光鼓的轨迹，其与先前或向前的扫掠产生的打印图像线成一个角度。因此，根据现有技术，利用单轴共振镜，当镜进行返回扫掠或完成它的周期时需要中断反射光束的调制，并且随着光束开始在原方向上扫描，反射光束的调制被再次启动。只利用镜的扫描方向中的一个，必然会减慢打印速度。因此，为了有效地利用扫描镜以提供双向打印，双向扫描的现有技术尝试要求扫描平面也被控制在垂直于扫描方向的方向，以使得镜在每个方向的扫描在移动的或转动的感光鼓上产生图像(总是平行的)。为了实现这种平行线需要不断地垂直调节扫掠光束，这种调节可以通过利用双轴扭转镜或一对单轴扭转镜实现。但是，已经发现，在很高的打印速度，单轴镜的前向和反向扫描都可以使用，并且不需要垂直调节。

【0005】德州仪器(Texas Instruments)目前制造了扭转双轴和单轴绕枢轴转动MEMS镜，所述MEMS镜用单片材料制造(例如，诸如硅)，并通常具有约115-125微米的厚度。双轴布局可以，例如，由镜表面组成，该镜表面由两个硅扭转铰接件支撑在万向架(gimbal frame)上，然而对于单轴装置，镜由一对扭转铰接件直接支撑。镜可以是任何所需的形状，虽然具有约4.0毫米的长轴和约1.5毫米的短轴的椭圆形是特别有用的。这种拉长的椭圆形镜与光束的角度被接收处的形状匹配。由双轴镜使用的万向架被另一套扭转铰接件固定到支撑架上。

【0006】德州仪器还制造了单轴镜，其包括两层硅和一磁体。多层镜允许选择最有效的扭转铰接，并且同时降低在高振荡速度的镜表面的灵活度或减少镜表面的弯曲。

【0007】由德州仪器制造的这些镜特别适合用作高速激光打印机或可视显示器的扫描引擎。

【0008】根据现有技术，扭转铰接镜一开始直接由磁线圈驱动，该磁线圈与安装在转动镜上垂直于枢轴线或转动轴线(pivoting axis)并远离转动轴线的位置的小磁体交互作用，以振荡镜或引起光束的扫掠移动。以类似的方式，光束扫掠的垂直移动还被磁线圈控制，所述磁线圈与安装在万向架上垂直于用于转动平衡架的轴线的位置上的磁体交互作用。也可以以这种方式利用和建立不贵并且可靠的磁驱动器，以维持转动装置在它的谐振或共振频率。而且，虽然扫描镜的反射表面可以是几乎任何形状的，包括正方形、圆形、椭圆形等等，但是拉长的椭圆形被发现是特别适合的。

发明内容

【0009】通过本发明的优选实施方式，这些问题和其他问题大体得以解决或回避，且实现了总体的技术优势，本发明的优选实施方式提供在感光介质上产生数据线的方法和装置，感光或光敏介质(photosensitive medium)诸如用于打印机或显示器系统的屏幕的转动鼓。

【0010】根据本发明的实施方式，诸如扭转铰接镜的反射表面绕第一枢轴线(pivot axis)振荡，多条调制且平行的光束引导到振荡的反射表面上。然后多条调制且平行的光束从振荡的反射表面反射以在整个感光介质表面上前向和反向来回扫描所述多个光束。在感光介质和前向和反向方向的扫掠光束之间的相对垂直移动，由诸如当与打印机一起使用时的转动鼓之类的移动介质提供。但是，对于显示器装置，扫掠多光束典型地通过垂直于扫描光束方向移动光束组来移动的。这种移动是通过利用双轴镜或替代性地利用第二镜提供垂直运动来实现的。随着多条调制且平行的光束在整个感光介质表面上扫掠或扫过，在感光介质上产生多条选择的数据线。

【0011】根据另一个实施方式，随着多条光束在前向方向中扫掠整个感光介质表面，产生多条选择的数据线，并且随着多条光束在整个感光介质上以相反方向扫描，再次产生相同的多条选择的数据线。但是，多条光束中的每一条光束在相反方向提供和它们在前向方向上提供的多条选择数据线不同的一条数据线。为了在打印页或显示器上实现正确的线间隔，多条或数目为“N”条的调制且平行的光束由距离“S”等距离隔开，并且在一次完整的来回周期中，在感光介质和扫描或扫掠光束之间的相对垂直移动，等于距离(S)乘以(N)。

【0012】根据另一个实施方式，使用两个光束，以使得随着第一和第二光束在整个感光介质上前向移动，第一数据线由两条光束中的第一条产生，数据的第二线由两个光束中的第二条产生。然后，随着第一和第二光束在相反方向上在整个感光介质上移动，数据的第二线再次由第一光束产生，数据的第一线再次由第二光束产生。

【0013】根据另一个实施方式，所述多个光束包括第一光束，第二光束，第三光束，和第四光束，以使得第一、第二、第三、以及第四选择的数据线，随着光束在前向方向上扫过整个感光介质表面，分别由第一、第二、第三以及第四光束产生，并且所述第一、第二、第三、以及第四选择的数据线、随着光束在相反方向上扫过整个感光介质表面，第二次分别由第三、第四、第一、以及第二光束产生。

【0014】前述相当宽泛地概括了本发明的特征和技术优势，以便可以更好地理解随后的本发明的详细描述。构成本发明的权利要求的主体的本发明的附加特征或优势将在下文中描述。本领域技术人员应该明白，所公开的概念和具体实施方式可以很容易地用作改进或设计实施本发明的相同目的的其他结构和过程的基础。

附图说明

【0015】为了更完整地理解本发明和它的优点，现在结合附图参考下面的描述。在所述附图中：

【0016】图1A、1B、和1C图解说明了根据现有技术利用转动多角形镜产生激光打印机的扫描；

【0017】图2A、2B和2C是具有作为功能表面的镜的单轴扭转铰接绕枢轴转动装置的实施方式；

【0018】图3A、3B、3C、以及3D图解说明了一个现有技术例子，该现有技术例子利用单轴平面扫描镜产生激光打印机的单向光束扫描；

【0019】图4A和4B示出了两个双轴线镜的例子，其适合于用于激光打印机或显示器；

【0020】图5图解说明了利用一对磁体磁力驱动共振镜的一种方法；

【0021】图6图解说明了用于提供共振振荡的单磁体驱动；

【0022】图7图解说明了单磁体驱动的另一个实施方式；

【0023】图8是单轴镜的透视图，如在图2A和2B中图解说明的，该单轴镜用于产生激光打印机的光束扫描；

【0024】图9是布置用于激光打印机或激光显示器的双轴镜的透视图；

【0025】图10是布置用于激光打印机或激光显示器的单轴镜的透视图；

【0026】图11图解说明了使用现有技术的多角形镜来反射多条等间距平行激光束；

【0027】图12图解说明了使用扭转铰接绕枢轴转动镜来反射多条等间距平行激光束；

【0028】图13A和13B分别示出了在感光介质上产生的图样(pattern)的两条和四条等间距双向调制激光束；以及

【0029】图14是根据本发明的教导图解说明在扫描的中心和扫描的边缘的线强度的曲线图。

具体实施方式

【0030】在下面将详细讨论本发明的优选实施方式的制造和使用。但是，应该理解本发明提供可以体现于或具体化为广泛的各种具体情况的许多可应用的发明概念。所讨论的具体实施方式仅仅是制造和使用本发明的具体方式的示例性说明。

【0031】本领域技术人员应该明白，基于下面的本发明的可能实施方式的例子，本发明有许多可能的应用和变体。本发明涉及高速转动反射表面或镜，并且特别适合用于给激光打印机和显示器提供光栅扫描。更具体地，本发明涉及绕着一对扭转铰接件的高速共振绕枢轴转动镜，其用来反射多条等间距平行激光束。

【0032】现在参考图1A、1B以及1C，其示出了利用转动多角形镜的现有技术打印机的操作的例子。如图1A所示，有一转动多角形镜10，其在图解中具有八个反射表面10A-10H。光源12产生光束14A，诸如激光光束，其聚焦在转动多角形镜上，使得来自光源12的光束被转动多角形镜10的小切面10A-10H拦截。因此，来自光源12的由14A所指的激光光束从多角形镜10的小切面(facet)10A-10H反射，如用虚线14B所表示的，反射至移动的感光介质16(诸如具有转动轴线20的转动感光鼓18)。移动的感光介质16或鼓18在弧形箭头22所指方向绕着轴线20转动，使得暴露于反射光束14B的移动的感光介质16或鼓18的面积或区域(area)连续变化。如图1A所示，多角形镜10也如第二弧形箭头26所指绕着轴线24(轴垂直于这个视图中的附图)转动。因此，可见转动多角形镜10的小切面10B的引导边缘或前缘28将是拦截来自光源12的激光束14A的小切面10B的第一部分，并且如14B所指将光束向感光介质反射。当镜10转动时，镜10的八个面中的每一个都依次拦截光束14A，并反射光束14B。如本领域技术人员应该明白的，为了便于理解，这里略去聚焦光束的光学器件、使到感光鼓的聚焦平面平坦的透镜系统、以及改变扫描光束的方向的任何折叠镜。

【0033】下面图解说明的转动多角形镜10是从多角形扫描器的角度观察的感光介质16或鼓18的第二视图。如由感光鼓图18所示，在小切面10B拦截光束14A并将其反射至移动的感光介质16或鼓18之后，在鼓18上存在激光束14B的像的开始点30。

【0034】现在参考图1B，其示出的是和图1A所示基本相同的布局，除了转动多角形镜10继续绕着轴线24转动，使小切面(facet)10B已经转动以使激光束14A的拦截即将结束。本领域技术人员还将明白的是，由于镜小切面呈现给被拦截的光束14A的不断变化的角，被反射的光束14B将在整个转动鼓表面上移动，如箭头32和图1B中的虚线34所示。

【0035】但是，也应该明白，因为转动鼓18关于光束14B的扫描移动垂直地移动，如果转动镜的转动轴线24严格地垂直于转动感光鼓18的轴线20，在感光鼓上的扫掠或扫描光束图像将以一微小的角度被记录。如通过感光鼓18的下视图更清楚地示出的，虚线34图解说明了光束14B的轨迹本身处于一个小角度，但是代表感光鼓上的结果图像的实线36没有角度并且垂直于感光介质16的转动或移动。为了实现这个平行打印的线图像36，多角形镜10的转动轴线24通常关于转动的感光鼓18稍微倾斜设置，以使扫掠或扫描整个介质16时，光束14B沿着垂直轴线38行进的垂直行进量或距离等于感光介质16或鼓18的移动或转动量。替代性地，如果需要，此倾斜也可以利用被倾斜的折叠镜来实现。

【0036】图1C图解说明了转动多角形镜10的小切面10B已经从光束14A转过离开，面10C已经正好拦截了光束。因此，该过程(process)被重复进行以形成第二图像线。连续转动将必然导致转动镜10的每个面拦截光束14A，以产生一系列的平行间隔图像线，例如图像线36A，当一起观察时，所述图像线将形成打印或其他图像的线。

【0037】激光打印技术领域技术人员应该进一步明白的是，转动多角形镜是激光打印机的非常精密和昂贵的部分或组件，其必须高速自旋，而且即使对于相当慢速度的打印机也不会有过度的轴承磨损。因此，较不复杂的扭转铰接共振平面镜正迅速地为人们所接受。

【0038】图2A和2B图解说明了单层单轴扭转镜装置。图2A和2B中的每一个装置包括支撑镜或反射表面42的支撑件40，其基本可以是任何形状的，但是对于许多打印机和显示器应用，图2B的拉长的椭圆形是优选的。绕枢轴转动镜由单对扭转铰接件44A和44B支撑。因此，应该明白，如果镜42可以通过驱动源维持在绕着轴线46的振荡状态，这种镜可以用来使扫描光束在整个感光介质上反复地移动。

【0039】还应该明白，单轴装置的替代性实施方式可以不需要如图2A和2B所示的支撑件或架子40。例如，如在这两个图中示出的，扭转铰接件44A和44B可以简单地延伸至用虚线示出的一对铰接锚垫(anchor pad)48A和48B。功能表面，诸如镜42，可以对其上表面进行适当的抛光以提供镜子面或镜表面。

【0040】单层硅镜是典型地用一薄片单晶硅制造的MEMS(微机电系统)类镜。而且，因为单晶硅的优越的材料性质，基于MEMS的镜具有非常强烈的(sharp)扭转共振。扭转共振的Q值典型地是在从100到大于1000的范围内。此强烈的共振导致在与非共振频率相对的共振频率产生的装置的运动的大机械放大。因此，绕着扫描轴线以共振频率转动一个装置通常是有优势的。其极大地减少维持镜振荡所需要的功率。

【0041】图2C是多层单轴扭转镜装置的背侧视图，其有些类似于图2B中显示的单层拉长椭圆形。与图2B的镜相同的图2C的镜装置的部件采用相同的标记数字。但是，与图2B的单层镜不同的是，扭转铰接件没有在锚48A和48B和反射部分之间延伸。替代地，扭转铰接件延伸至具有前侧和后侧的固定件53。永磁体50C固定于后侧，而镜部分55固定于前侧。镜部分55可以是单平层硅，或优选地，如图2C所示，包含单片硅，该单片硅包括薄反射部分55A和从单层镜部分55蚀刻的厚肋支撑部分55B，以便如图所示提供支撑肋。

【0042】存在许多可能的驱动装置，其可以用来提供振荡或绕枢轴转动运动，如果镜用于提供振荡光束沿着扫描轴线的扫描。例如，图2A图解说明了磁驱动镜，其具有分别安装在翼片(tab)52A和52B上的一对永磁体50A和50B。永磁体50A和50B与处于转动结构下方的一对线圈(将在后面讨论)交互作用。在扫描轴线中或绕着铰接件44A和44B的镜的机械运动，典型地需要大于15度，并且可以等于30度。不是由虚线所示的一对磁体50A和50B驱动，图2B图解说明了处于镜42上中心的单磁体50C的使用。居中设置的单磁体50C的驱动装置将在下文讨论。共振驱动方法通常包括直接施加在镜的共振频率或其附近的小转动运动至扭转铰接的功能表面。替代性地，惯性驱动可以为整个结构提供在共振频率的运动，然后引起或激发镜绕着它的扭转轴线共振地转动或振荡。在惯性共振类驱动方法中，整个硅结构的非常小的运动可以激起装置的非常大的转动运动。合适的惯性共振驱动源包括压电驱动和静电驱动电路。

【0043】而且，通过谨慎地控制铰接件44A和44B的尺寸(即宽度、长度和厚度)，镜可以被制造成具有自然共振频率，该共振频率基本和所需的操作镜的绕枢轴转动速度或振荡频率相同。因此，通过提供具有基本与所需的绕枢轴转动速度或振荡频率相同的高速共振频率的镜，可以减小动力负载。

【0044】现在参考图3A、3B、3C、以及3D，其示出了现有技术的利用单轴振荡镜产生光束扫描的激光打印机的例子。如本领域技术人员应该明白的并如下面附图所示出的，由于返回扫描产生的非平行图像线，现有技术的努力通常限于只利用一个方向的振荡光束扫描。如图3A、3B、3C和3D所示，其布局基本和图1A、1B和1C所示相同，除了转动多角形镜已经用单振荡平面镜54代替，其中镜54在由双头弧形箭头56所示的两个方向振荡。就像关于图1A所示的情形，图3A图解说明了通过单轴镜54进行的光束扫描在点30开始。同样地，图3B中的箭头32和虚线34图解说明了随着镜54在由箭头56A所指的方向转动且镜54基本完成它的扫描时光束扫描的方向。参考感光鼓18的下视图，根据这个现有技术实施方式，镜54以一个小角安装，以使光束扫描和转动鼓18的移动同步，从而使介质移动的距离等于在扫描中光束移动的垂直距离。就像对于图1B的多角形镜的情形，由虚线34显示的光束的微小成角的轨迹导致在移动的感光介质16或鼓18上的水平图像线36。

【0045】因此，对于这一点，看起来平表面单扭转轴振荡镜54应该至少和参照图1A、1B和1C所讨论的转动多角形镜10的工作性能一样好。但是，当振荡镜开始在弧形箭头56B所示的相反方向绕枢轴回转时，利用现有技术扫描镜打印机，需要在返回扫描期间切断由图3C中的虚线34A所指示的光束，并且不打印，因为以小角度安装的镜所导致的反射光束的垂直移动和移动的感光介质16或转动鼓18的移动，是累加的而不是减少的。因此，如果用于打印，与转动鼓18的移动结合的返回光束的有角轨迹34A将产生打印的图像线36A，其处于比只是由于转动感光鼓18的移动引起的角度甚至更大的角度。当然，这是由于以下事实所造成的：当光束扫描返回时，它将在如箭头58指示的向下方向而不是向上方向移动，而感光鼓移动是在箭头60所指的向上方向。因此，如上所述，鼓的移动和光束轨迹是累加的。因此，为了通过根据现有技术的共振扫描镜打印机的满意打印，其被理解为光束和打印通常在扫描的返回轨迹中中断和/或停止。因此，振荡镜54需要完成它的反向扫描，然后如30所指再次开始它的前向扫描，在此时经调制的激光再次打开，如图3D所指的第二图像线36B被打印。

【0046】但是，还应该明白，如果垂直于扫描运动的扫描光束的位置可以被控制用于补偿转动或移动的感光介质，激光束可以处于前向和反向这两个扫描方向上并这两个方向中被调制。这种垂直移动可以通过使用双轴扫描镜实现，或通过使用第一单轴共振镜以提供共振光束扫描以及利用第二单轴镜以提供控制的垂直运动来实现。

【0047】现在参考图4A和4B，其图解说明了双轴镜的两个实施方式。如可以容易看出的，这些镜分别类似于如上讨论的图2A和2B的单轴镜。但是，代替沿着共振轴线46平放(lie)的主要的或共振铰接件44A和44B被直接固定于锚垫48A和48B，主铰接件44A和44B连接到万向架件(gimbal member)62，而万向架件62通过第二对铰接件64A和64B连接到锚垫48A和48B。铰接件64A和64B沿着基本垂直于轴线46的第二轴线66，给镜42提供枢轴运动。

【0048】如图所示，图4A是单个两轴双向镜的透视图，其提供绕第一轴线46的共振运动，和关于基本垂直于第一轴线的第二轴线66的移动。镜装置可以用来提供来回的绕枢轴转动光束扫描，诸如在整个投影显示屏上或移动的感光介质上的共振扫描，以及在垂直于来回转动的反射表面或镜部分42的方向调整光束扫描，以维持由共振光栅光束扫描产生的间隔平行图像线。如图所示，所显示的镜适于安装在支撑结构上，并且可以由一单片大致平面的材料(诸如硅)通过半导体领域使用的类似的技术制成。如上面讨论的，例如，功能或移动部件包括一对支撑件或锚48A和48B，中间的万向架部分62，以及内部的镜或反射表面部分42。

【0049】图4B是双轴镜的替代性实施方式，其具有拉长的椭圆形镜部分42A，以及居中定位的驱动磁体50C。因为图4B所示的装置的其余元件以和图4A的等同元件相同的方式操作或运作，这两个附图使用相同的标记数字。

【0050】图5是说明共振扫描和/或垂直运动是怎样被电磁线圈68A和68B控制的示意图。为了提供共振绕枢轴转动运动，线圈68A和68B由交流电压源70驱动，该电压源70具有的频率与镜的共振频率基本相同。永磁体对50A和50B可以和镜42(或万向架部分62)结合，以使它们和电磁线圈68A和68B协同作用。因此，随着这两个线圈68A和68B在南北极之间来回切换，永磁体50A和50B交替相斥和相吸，以产生共振振荡。如果线圈装置和磁体对将用来提供垂直移动，则使用更慢的频率。

【0051】现在参考图6，图中有绕枢轴转动镜42或42A以及另一线圈和永磁体装置(其明显减小了装置的转动惯量)的简化例子。如图所示，两个永磁体已经被除去，并且单磁体72被居中安装在绕枢轴转动镜上(诸如图4B所示的)。根据图6所示的实施方式，磁体72具有垂直于转动轴的径向电荷(diametral charge)(如双头箭头74所图解说明的)，而不是轴向电荷(axial charge)。当然，必需重置电磁装置77的驱动线圈76，以便其基本处于磁体72的下面。因此，当电磁装置77在南北极之间来回转换时，永磁体72的“N”和“5”径向充电极被交替相斥和相吸，由此引起绕轴线46的转动振荡。

【0052】图7示出了第二驱动装置，其适于用于居中设置的单磁体。如图所示，轴向充电磁体78被用来代替图6的径向充电磁体。而且，图6所示的线圈76被电磁装置或配置80所代替，其具有线圈82和脚构件84A和84B，脚构件84A和84B从线圈82延伸至在磁体78的每一侧上的末端部86A和86B。因此，施加于线圈82的交流电流引起脚84A和84B的末端部86A和86B的磁场不断改变极性。这种极性改变引起在磁体78上产生交替变换的推拉力。

【0053】图8图解说明了用来在介质88上产生图像的扫描镜的透视图例子。镜装置90，诸如图2A和2B所示类型的单轴镜，绕着单轴线46转动，以使镜装置90的反射表面42接收来自光源12的光束14A，并提供光束14B在界限92和94之间从右至左和从左至右共振扫描。随着介质88在箭头100所指方向上移动，这种从左至右和从右至左光束扫描提供间隔开的线96和98。

【0054】还应该明白，虽然在本发明的实践中可以使用各种形状的镜，但对越来越高的操作速度的需求将需要镜绕着主轴线或扫描轴线46的越来越高的振荡速度。但是，除了扫描镜的高速绕枢轴转动，镜在其绕枢轴转动时不变形也是很重要的。更具体地，当镜在扫描周期期间在整个感光介质上扫描光束时不变形是很重要的。因此，对于高速共振镜，利用单个居中设置的镜的磁体驱动在镜的边缘具有减少的动量，从而具有更少的变形。

【0055】更具体地，在高枢轴转动速度时，图2B所示的优选的拉长椭圆形镜的端部以非常高的速度行进，并获得很大的惯性。因此，如果永磁体50A和50B诸如图2B所示固定于拉长椭圆形镜的末端部，镜在接近扭转铰接件处以及在末端部将趋于过度挠曲(flex)。这种过度挠曲必然意味着在振荡周期的某些时候，镜表面弯曲(bend)或挠曲(flex)，并且是不平的。这种在高频的镜平面性的改变对于许多显示器和打印机是完全不可接受的。但是，居中设置的镜50C的使用不仅避免了在镜尖端部的过重重量，也给镜的中心提供刚度(stiffness)。

【0056】双轴镜的操作，诸如在图4A和4B中示出的用于提供关于投影显示屏102的绕枢轴转动光束扫描，参考图9可以得到更好的理解。如图所示，激光光源12提供相干光束14A至双轴镜装置104的反射表面42，反射表面42再将光束14B反射至显示屏102。反射表面42在共振频率绕着沿轴线46的扭转铰接件44A和44B来回振荡，从而在整个显示屏102上沿着图像线106从位置或点108至末点110扫描光束14B，如平行于标为114的光束的箭头112所指示的。然后振荡镜42改变方向，并开始如箭头116所指的返回扫描，以在点110和120之间产生图像线118。在通过点20后，光束再次开始反转方向。在光束来回扫描的同时，光束也可以如箭头122所示以更慢的速率垂直移动。这种扫描运动和垂直运动被重复，直到在点126结束的显示画面或帧的最后的图像线124在显示屏102上产生。然后光束如虚线128所示很快地从末点126垂直移动回开始点108，以开始新的显示画面。

【0057】参考图10，存在本发明的另一个实施方式的透视图例子，其中光束的垂直移动由第二镜132实现。两个镜130和132中每一个都绕着单轴线转动，诸如图2A和2B所示类型的单轴镜。两个单轴镜的扫描和垂直操作是基本相同的。

【0058】因此，根据本发明的另一个实施方式，图10图解说明了第一单轴扭转铰接镜，其和第二个类似的单轴扭转镜结合使用，以产生共振扫描光束，诸如可以用于投影显示器(或激光打印机)。如在此实施方式中所示，存在第一镜装置130，装置130包括一对支撑构件或锚48A和48B，其通过单对扭转铰接件44A和44B支撑镜或反射表面42。因此，应该明白如果镜部分42可以通过驱动源来回绕枢轴转动，镜可以用来在整个感光显示器上引起振荡光束。如所讨论的，来回绕枢轴转动镜的特别有优势的方法是产生镜的绕着扭转铰接件44A和44B的共振振荡。但是，就像上面讨论过的，还需要在垂直于振荡的方向上移动光束的方法。因此，如所图解说明的，随着第二单轴镜装置132绕着它的轴线46转动，其被用来提供光束的垂直移动。

【0059】就像上面讨论的，图10的实施方式的光学系统利用单轴镜装置130以产生如虚线所表示的光束的从右至左、从左至右绕枢轴转动。但是，光束轨迹的上下控制通过设置第二单轴镜装置132来实现，以便反射表面或镜拦截从光源12发出的光束14，然后反射该被拦截的光14A至正在提供来回绕枢轴扫描移动的镜装置130。在共振镜130的镜表面42示出的距离133图解说明了镜132是怎样绕着轴线46转动的，以在从左至右和从右至左光束扫描期间，在镜装置130的反射表面42上上下移动光束14A，以便在投影显示屏上提供数据线106、118和124。

【0060】就像上面提到的，在提高打印速度的尝试中，使用转动多角形镜的打印机制造商有时利用多个等间距的和平行的激光束来增加在单次扫描期间在感光介质上产生的数据线的数目。现在参考图11，存在具有四个光束输出136、138、140、和142的激光束源134的例子，这些光束输出从转动多角形镜144反射至转动感光鼓146上。除了保证由多角形镜的第一小切面产生的数据线关于第二小切面和后续小切面产生的线具有适当间隔是重要的以外，此过程和单光束的过程基本是相同的。

【0061】更具体地，因为多激光束，诸如光束136、138、140以及142，具有固定和等距离间隔，很清楚，通过第一小切面在感光介质上产生的四条数据线148、150、152和154将是等间距的并且相互平行的。而且，由下一个或接下来的小切面产生的四条数据线148、150、152和154也是等间距的和平行的。但是，第二小切面产生的第一数据线148是等间距的并平行于第一和先前的小切面产生的最后数据线154。为了完成这个过程，在四个光束在整个移动的介质上的单次完整扫描期间，移动的介质或转动鼓146应该移动一个距离D，距离D等于激光束之间的间隔“S”乘以激光束的数目“N”。也就是说，D＝(S)(N)。因此，可见将多光束与多角形镜一起使用的唯一要求是：多角形镜的转动速度以及移动的感光介质是严格同步的。

【0062】将多激光束与共振双向扫描镜一起使用明显更困难，并且对于大多数应用，激光束的数目将被限制为偶数条激光束，虽然物理布置是与多角形镜和多激光束是基本相同的。现在参考图12，图12为类似于图11的透视图，除了图12中使用了绕着轴线158转动的共振双向扫描镜156来代替多角形镜。因为相反或返回扫描的顶部轨迹将穿越或交叉通过由先前前向扫描产生的底部或者下部轨迹，优势出现了。因此，交叉轨迹需要装载相同的数据。就像可以在下文中发现的，每一条线的这种双打印允许平行的打印线，而不需要双轴镜，并还提供更大的每斑点强度分辨率(intensity resolution per spot)。

【0063】更具体地，现在参考图13A，其图解说明的是两个平行激光束166和168通过四个完整扫描周期的轨迹。如图所示，前向轨迹166A和168A随着激光束166和168从右到左移动产生，接着是随着激光束166和168从左至右移动产生反向轨迹166B和168B。激光束将只在激光束通过被左边缘170和右边缘172所界定的打印区域时被调制。因为在反转方向之前在每一次扫描的末期，振荡镜速度减慢到零，所以在打印区域的每一侧上的扫描区域174和176允许四条光束在它们被用数据调制之前达到可接受的速度。但是，如图13A所示，激光166提供的顶部前向轨迹166A和前一个周期的激光168的反向轨迹168B相交于交叉点178。类似地，激光166的反向轨迹166B和同一周期的激光168的前向轨迹168A相交于交叉点180。这个周期反复地重复。因此，应该明白，如果激光166的前向轨迹和前一周期的激光168的反向轨迹同样地但是以相反的顺序调制，则数据线的这两个交叉轨迹应该是相同的。类似地，如果激光166的反向轨迹和激光168的前向轨迹同样地但是以相反的顺序调制，则这两个交叉轨迹或数据线也是一致的。因此，对于两个激光束的系统，每一条数据线被打印两次，一次一个方向。但是，在每个扫掠周期内打印两条数据线或轨迹。更具体地，每条数据线被两条激光束各打印一次，它们的轨迹互相交叉。这种双重打印提供了提高打印质量或速度的不贵的技术。

【0064】就像关于转动多角形镜和多激光束源讨论的，在扫描的多光束和接收激光束的感光介质之间的相对移动的速度应该是同步的，以获得最高质量的打印。因此，应该明白，在完整的来回扫描周期内在扫描的激光束和感光介质之间移动的总相对距离“D”等于平行激光之间的间距“S”乘以多激光束的数目“N”。也就是说，D＝(S)(N)，或者对于两条激光束的系统，D＝2S。

【0065】如果可以用两条激光束来提高打印质量或速度，应该明白四条光束的激光源的使用，将允许甚至更大的速度增加或使质量和速度均得以提高。

【0066】因此，现在参考图13B，其图解说明了等间距且平行的四条激光束182、184、186、和188(它们通过振荡镜反射至移动的感光介质)产生的轨迹。这个轨迹图类似于显示有两条激光束的图13A的轨迹图。但是，虽然所有的四条激光束在介质上的某点上确实相互交叉，但是如可以从打印界限(printing limits)190和192内看出，不论是在前向或反向轨迹方向行进，激光束182只交叉穿过激光束186。类似地，激光束184和188只在打印界限190和192之间相互交叉。因此，四条不同的数据线194、196、198和200在每个完整扫描周期内可以打印两次。更具体地，第一(194)、第二(196)、第三(198)、和第四(200)数据线分别由第一(182)、第二(184)、第三(186)、和第四(188)光束在第一或前向扫描方向产生，然而相同的第一(194)、第二(196)、第三(198)、和第四(200)数据线分别由第三(186)、第四(188)、第一(182)、第二(184)激光束在相反方向或相对方向产生。

【0067】参考图14，其是图解说明在整个介质的打印区域上从左至右和从右至左扫描的双轨迹年的线强度或密度(line intensity)的曲线图，以及在整个单独扫描(individual scan)的打印区域上的线强度。如图所示，顶部曲线202示出了在中心区域通过结合前向扫描和返回扫描两者所产生的线强度。曲线204是在由前向和反向扫描两者产生的打印区域边缘处的线的线强度。曲线206表示在单轨迹的从左至右扫掠中的打印区域边缘处的线强度，而曲线210代表单轨迹的从右到左扫描中的打印区域边缘处的线强度。曲线208表示从左至右和从右至左扫描两者的打印区域或线的中心处的线强度。如所希望的，只要两个激光的输出是基本相同的，在中心区域的两个光束的线强度的轨迹是相同的，并且互相重叠。因此，如通过两次写入或产生每条线所示，在整个写入线上存在最小强度变化，并且这些线看起来大致平行。

【0068】虽然已经详细地描述了本发明和它的优点，应该明白这里可进行各种改变、替代和转换或变更而不脱离由所附权利要求限定的本

发明的范围。

【0069】而且，本申请的范围并无意限制在本说明书中描述的过程、设备、制造、物的组合、装置、方法和步骤的特定的实施方式。因为从本发明的公开中，本领域技术人员将很容易理解，可以根据本发明利用当前存在的或者以后开发的、执行基本相同的功能、或者达到就像本文描述的对应实施方式的基本相同的结果的过程、设备、制造、物的组合、装置、方法或步骤。因此，所附的权利要求倾向于把这种过程、设备、制造、物的组合、装置、方法或步骤包括在它们的范围内。

Claims (17)

1.一种在感光介质上产生数据线的方法，包括步骤：

提供感光介质；

绕着第一枢轴线振荡反射表面；

引导多条调制的且平行的光束至所述振荡反射表面上；

从所述振荡反射表面反射所述多条调制的且平行的光束，以在整个所述感光介质上在前向和反向方向来回扫描所述光束；

在所述感光介质和所述扫描光束的所述前向和反向方向之间提供相对垂直的移动；以及

随着所述多条调制的和平行的光束在整个所述感光介质上扫描，在所述感光介质上产生多条选择的数据线。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述产生的步骤包括步骤：

随着所述多条光束在整个所述感光介质上在所述前向方向扫描，产生所述多条选择的数据线；以及

随着所述多条光束在整个所述感光介质上在所述反向方向扫描，产生所述多条选择的数据线，所述多条光束中的每一光束，提供和它在所述前向方向提供的数据线不同的、在所述反向方向的所述多条选择的数据线。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述多条光束包括“N”条由距离“S”等间距间隔开的光束，在一个完整的来回周期期间，在所述感光介质和所述光束的所述方向之间的所述相对垂直移动距离等于距离(S)乘以(N)。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述多条光束是两条光束，并且其中所述产生步骤包括步骤：

随着所述第一和第二光束在所述前向方向移动，利用所述两条光束的第一光束产生第一数据线，并利用所述两条光束的第二光束产生第二数据线；以及

随着所述第一和第二光束在所述反向方向移动，利用所述第一光束产生所述第二数据线，并利用所述第二光束产生所述第一数据线。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述两条光束由距离“S”间隔开，并且在所述感光介质和所述两条扫描光束之间的所述相对垂直移动距离等于(2)(S)。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多条光束包括第一光束、第二光束、第三光束、以及第四光束，并且其中所述产生步骤包括步骤：

随着所述光束在整个所述感光介质上在所述前向方向扫描，分别利用所述第一、第二、第三、和第四光束产生第一、第二、第三和第四选择的数据线；以及

随着所述光束在整个所述感光介质上在所述反向方向扫描，分别利用所述第三、第四、第一、和第二光束产生第一、第二、第三和第四选择的数据线。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述四条光束由距离“S”等距离隔开，并且在所述感光介质和所述四条扫描光束之间的所述相对垂直移动距离等于(4)(S)。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述提供相对移动的步骤包括在垂直于所述多条扫描光束的方向移动所述感光介质。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述提供相对移动的步骤包括步骤：在垂直于所述第一枢轴线的第二枢轴线上设置所述振荡反射表面，并绕着所述第二枢轴线转动所述振荡反射表面。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述提供相对移动的步骤包括步骤：在具有枢轴线的另一个反射表面拦截所述多条调制的并且平行的光束，以垂直于所述扫描光束移动所述多条光束。

11.在感光介质上产生数据线的装置，包括：

多条等间距隔开的平行光束的源；

接收和反射所述多条隔开且平行的光束的反射表面，所述反射表面可转动地关于一选择的轴线安装，以来回扫描所述反射的多条平行光束；

设置用来拦截来自所述反射表面的所述平行光束的感光介质，以便所述光束在整个所述介质上在前向和反向方向扫描；以及

随着所述光束在整个所述感光介质上扫描，选择性地调制所述多条隔开的光束中的每一条以产生所述数据线的控制电路。

12.根据权利要求11所述的装置，其中所述源提供两条间隔开的平行光束；并且所述反射表面和控制电路适于用于和配置用于随着所述光束在所述前向方向扫描，调制所述两条光束的第一光束以产生第一数据线，调制所述两个光束的第二光束以产生第二数据线，并且用于随着所述光束在所述反向方向扫描，调制所述第一光束以产生所述第二数据线，并且调制所述第二光束以产生所述第一数据线。

13.根据权利要求11所述的装置，其中，所述源提供四条等间距隔开且平行的光束；并且所述反射表面和控制电路适于用于和配置用于随着所述四条平行光束在所述前向方向上移动，调制所述四条平行光束中的第一、第二、第三、和第四光束，以分别在所述感光介质上产生第一数据线、第二数据线、第三数据线、和第四数据线，并且用于随着所述四条平行光束在所述反向方向上移动，调制所述第一、第二、第三、和第四光束，以分别在所述感光介质上产生所述第三、第四、第一、和第二数据线。

14.根据权利要求11所述的装置，其中所述感光介质适于垂直于所述等间距隔开的扫描平行并且调制的光束以选择的速度移动。

15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述感光介质是转动的感光介质。

16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述反射表面可转动地安装，以绕垂直于所述第一枢轴线的第二枢轴线转动，以在垂直于在整个所述感光介质上的所述扫描的方向移动所述多条光束。

17.根据权利要求11所述的方法，进一步包括第二反射表面，所述第二反射表面可转动地安装，以垂直于所述扫描方向移动所述多条平行光束。

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