CN1223875C - 光学扫描装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学扫描装置，其包括光源，光偏转器，该光偏转器具有多个偏转表面以偏转由光源发射的光束，以及成像光学系统，该系统用由光偏转器偏转的光束在目标表面上形成一个图像，并利用光偏转器的偏转表面反射由光源发射的光束来扫描目标表面。光学扫描装置包括一个反射镜元件，其在主扫描方向上和副扫描方向上具有不同的折射率，以使反射镜元件反射由光源发射的光束，在偏转表面上形成一个在主扫描方向上长的线性图像。

Description

光学扫描装置

技术领域

本发明涉及一种光学扫描装置，尤其是涉及一种能够防止图像打印质量因其中的温度变化而降低的光学扫描装置。

背景技术

一般地，光学扫描装置，例如激光扫描单元(LSU)，被运用于可在打印纸上打印图像的图像记录装置，例如复印机、打印机、或传真机。光学扫描装置用从光源，例如激光二极管，发射的光束，扫描一个成像装置的感光器介质，以形成一个静电潜像。

图1是传统光学扫描装置的视图。参考图1，传统光学扫描装置包括：一个半导体激光器2；一个准直透镜3，用来将从半导体激光器2发散的光束转换成会聚激光光束；一个仅仅在副扫描方向具有预定折射率的柱面透镜5；一个偏转光束的光偏转器7；一个f-θ透镜9，其位于光偏转器7和目标表面1也即感光鼓之间。附图标记4表示一个孔径光圈(aperture iris)，用于调整穿过其的激光束的直径。

由于柱面透镜5仅仅在副扫描方向具有预定折射率，最终，它使通过孔径光圈4的激光束在光束偏转器7的偏转表面7a上沿主扫描方向形成一个线性图像。

在成像操作的过程中，光偏转器7由一个驱动单元例如电动机以一预定速度驱动而旋转，光偏转器7可以是一个多边形反射镜，其具有多个用作偏转表面7a的反射表面。

f-θ透镜9相当于一个成像光学系统，并从光偏转器7和目标表面1之间的中心移动到更靠近光偏转器7的位置。f-θ透镜9在主扫描方向和副扫描方向上具有不同的折射率，并引导被光偏转器7的偏转表面7a偏转和反射的激光束入射到目标表面1。

在具有上述结构的传统的光学扫描装置中，光偏转器7旋转，结果使光束在主扫描方向上扫描目标表面1，从而在目标表面1上记录一个图像。

近来的图像记录装置，例如激光打印机、激光传真、数字复印机，要求的高性能、小尺寸、低成本，其光学部件已经由塑料材料制成。使用传统的光学扫描装置很难同时即满足这些新近的发展趋势又实现满意的图像打印质量。在柱面透镜5由塑料制成的情况下，当由于光学扫描装置内的驱动单元的运转和图像记录装置的操作而使光学扫描装置的内部温度升高时，柱面透镜5的折射率或形状随着柱面透镜5的材料膨胀而改变。因此，在感光器介质上的光束直径增大，或者在感光器介质上的光束位置改变，结果使图像打印质量降低。

利用折射率变化小或膨胀系数小的材料来制造柱面透镜5也是可行的。然而，这种材料比较贵，从而增加了制造成本，这很难满足低成本的要求。

此外，在传统的光学扫描装置中，在半导体激光器2和光偏转器7之间的光路是直线型的。因而限制了设计装置和设置部件的自由度。

再者，在传统的光学扫描装置中，从半导体激光器2发射的激光束必须以较大的角度入射到光偏转器7的偏转表面7a上，以便确保安装或调整部件的空间。因而，许多因素可能降低图像打印质量。例如，由于偏转表面7a的反射率的差别，则在图像的中心和边缘之间的光线量可能有差别，或者偏转表面7a的有效面积可能增加。

发明内容

因此，本发明的一个方面是提供一种光学扫描装置，其中，当光学部件是由塑料制成时，即使其内部温度升高，图像打印质量也不降低，而且，在设计由光源发射的并进入光偏转器的光偏转表面的光束的入射角时也可以有较大的自由度。

本发明的另一方面和/或优点中的将部分在下面的说明中详细阐明，部分在从下面的说明中可以显而易见，或者可以从本发明的实际应用中了解。

本发明上面所述的和/或其它的方面可以这样实现，即提供一种光学扫描装置，其包括一个光源；一个光偏转器，该光偏转器具有多个偏转表面，以将从光源发射的光束偏转；一个成像光学系统，其利用由光偏转器偏转的光束在目标表面上形成一个图像，并且其包括一个偏转表面，用来反射由光源发射的光束，从而扫描目标表面；以及一个反射镜元件，其在主扫描方向和副扫描方向上具有不同的反射率(refractivities)，以便入射到反射镜元件上的光束在主扫描方向被无会聚/发散地反射，而在副扫描方向上则被会聚地反射，以在偏转表面上沿主扫描方向形成一个线性图像。

反射镜元件在副扫描方向上可以会聚地反射从光源入射的光束。反射镜元件可以是柱面反射镜，其在主扫描方向具有一平面，而在副扫描方向具有一球面或非球面。

利用反射镜元件，从光源发射并进入光偏转器的偏转表面的光束的入射角在主扫描方向上可以改变。

光学扫描装置还包括一个透镜，它位于光源和反射镜元件之间，以会聚由光源发出的发散光束，并将光束转换成会聚光束或平行光束。

成像光学系统可以包括一个f-θ透镜，其引导由在主扫描方向和副扫描方向上具有不同的折射率的光偏转器的偏转表面偏转和反射的光束，以在目标表面上形成一个图像。

本发明还提供了这样一种装置，包括：光源，其发射光束；反射镜，其反射所发射的光束；以及偏转器，其偏转被反射的光束，所述反射镜在主扫描方向和副扫描方向有不同的反射率，使得入射到反射镜元件上的光束在主扫描方向被无会聚/发散地反射，而在副扫描方向上则被会聚地反射，以形成在主扫描方向上比副扫描方向上长的线性图像。

附图说明

结合附图，从对优选实施例的下列描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将会变得更清楚，更容易理解，图中：

图1是传统光学扫描装置的视图；

图2是根据本发明的光学扫描装置的光学设置的第一实施例的视图；

图3是图2所示的反射镜元件的透视图；

图4是根据本发明的光学扫描装置的光学设置的第二实施例的视图；

图5是示出由图1所示的传统光学扫描装置、以及由图2和图4所示的根据本发明第一和第二实施例的光学扫描装置在主扫描方向上成像的光束直径的曲线；以及

图6是示出由图1所示的传统光学扫描装置、以及由图2和图4所示的根据本发明第一和第二实施例的光学扫描装置在副扫描方向上成像的光束直径的曲线。

具体实施方式

现在将详细描述本发明的现有优选实施例，附图中示出了其实例，其中遍及附图，相同的附图标记标示相同的元件。

图2是根据本发明第一实施例的光学扫描装置的示意图。参考图2，光学扫描装置包括一个光源20；一个光偏转器70，其具有多个偏转表面70a，以偏转从光源20发射的光束；一个成像光学系统，其通过引导由光偏转器70偏转的光束，在目标表面10即图像记录装置的感光器介质的成像表面上形成一个图像。此外，该装置还包括一个反射镜元件50，以反射由光源20发射的光束，从而沿主扫描方向在偏转表面70a上形成一个长的线性图像。

另外，光学扫描装置可以包括一个准直透镜30，该透镜位于光源20和反射镜元件50之间，将由光源20发出的发散光束转换成会聚光束或平行光束。光学扫描装置也可以包括一个孔径光圈40，其限制自光源20入射的光束的直径。

具有单个发射点或多个发射点的单个光源，或多个光源，都可以用作光源20。例如，发射激光束的半导体激光器可用作光源20。

在成像操作的过程中，光偏转器70由一个驱动单元例如电动机以一预定速度沿单一方向旋转而驱动，并具有多个偏转表面70a。如图2所示，光偏转器70可以是一个多边形反射镜，其具有多个用作偏转表面70a的反射表面，用来偏转和反射入射光束。

成像光学系统包括一个f-θ透镜90，以将被光偏转器70的偏转表面70a偏转的激光束引导到目标表面10，也即感光器介质的成像表面，由此在其上形成一个图像。如图2所示，根据本发明实施例形成的光学扫描装置仅仅包括含单透镜的f-θ透镜90作为成像光学系统。然而，这仅仅是一个举例，成像光学系统的结构可以有多种的变化。

f-θ透镜90从光偏转器70和目标表面10之间的中心位置移动到更靠近光偏转器70的位置。f-θ透镜90对于由光偏转器70的偏转表面70a偏转的光束在主扫描方向和副扫描方向上具有不同的折射率。

由于反射镜元件50在主扫描方向和副扫描方向上具有不同的折射率，因而，反射镜元件50反射由光源20入射的光束，以在光偏转器70的偏转表面70a上形成一个长的线性图像。例如，可以设置反射镜元件50使其在主扫描方向上反射光束而不改变光束的尺寸，而在副扫描方向会聚性地反射光束，以至于在主扫描方向的长的线性图像可以形成在光偏转器70的偏转表面70a上。如图3所示，反射镜元件50可以是柱面反射镜，其在主扫描方向具有一平面，而在副扫描方向具有正光焦度的球面或非球面。

当光学扫描装置内部温度升高时，上述的反射镜元件50不因其材料的折射率或膨胀系数的改变而受光学影响。在光学领域众所周知的是，由于反射镜用其反射涂层表面直接反射入射光束，因此，反射镜不受由于温度升高而导致的其材料的折射率或膨胀系数的变化的影响。

上述光学扫描装置用自光源20发射的光束在主扫描方向扫描目标表面10的过程如下：从光源20发射的光束由准直透镜30转变成会聚光束或平行光束，之后由孔径光圈40限制其光束大小，然后入射到反射镜元件50上。例如，入射到反射镜元件50上的光束在主扫描方向被无会聚/发散地反射，而在副扫描方向上则被会聚地反射，从而在光偏转器70的偏转表面70a例如多边形反射镜的反射表面上形成一个在主扫描方向上相对长的线性图像。然后，光束由旋转的光偏转器70的偏转表面70a(例如，多边形反射镜的反射表面)偏转，而后被在主扫描和副扫描方向上具有不同的折射率的f-θ透镜90引导到目标表面10。因此，当根据本发明第一实施例的光学扫描装置用于光学记录装置时，它在感光器介质例如感光鼓上形成一个静电潜像，从而进行图像记录。

与包括一个受温度影响很大的柱面透镜5的传统光学扫描装置不同，根据本发明第一实施例的光学扫描装置包括一个反射镜元件50，温度变化对其没有大的影响，因此，防止了由温度升高带来的性能降低，即使由于光学扫描装置内部的驱动单元的运转或图像记录装置的操作而使光学扫描装置的内部温度升高。另外，由于根据本发明第一实施例的光学扫描装置根本不受材料的折射率或膨胀系数的改变的影响，因此，可以使用便宜的材料，比如塑料，所以降低了材料和制造的成本。

此外，上述本发明第一实施例的光学扫描装置包括一个反射镜元件50，因此，它很容易改变光源20和光偏转器70之间的光路，如下所述，所以在设置光学扫描装置的部件时的设计自由度增大。从而，增加设计自由度。

图2示出根据本发明的光学扫描装置的光学设备的第一实施例。图2示出在光学扫描装置中从光源20到光偏转器70的光学部件，其被设置以达到使进入光偏转器70的光束入射角比在传统较光学扫描装置中入射角小些。图4示出根据本发明的光学扫描装置的光学设置的第二实施例。图4示出在光学扫描装置中从光源20到光偏转器70的光学部件设置实例，其被设置以实现使进入光偏转器70的光束入射角比在传统较光学扫描装置中入射角大。

通过在图1所示的传统光学扫描装置和图2、图4所示的本发明的第一、第二实施例之间的比较，可以推知这样是可行的，即，设置从光源20到光偏转器70间的光学部件以使进入光偏转器70的光束入射角比在传统较光学扫描装置中入射角小或大，而不改变本发明实施例中的光学扫描装置中扫描部分的光路。换句话说，通过在光学扫描装置中使用反射镜元件50，在主扫描方向上，由光源20发射的光束入射到光偏转器70的偏转表面70a上的入射角可以在较宽范围内变化。

在图1所示的传统光学扫描装置的设置中，进入光偏转器70的光束入射角大约是75°。在图2所示的设置中，进入光偏转器70的光束的入射角大约是60°。在图4所示的设置中，进入光偏转器70的光束的入射角大约是90°。

根据本发明的光学扫描装置，即使由光源20发出并进入光偏转器70的偏转表面70a的光的入射角由反射镜眼见50在主扫描方向上改变，但成像性能基本不受影响。

图5是示出由图1所示的传统光学扫描装置、以及由图2和图4所示的根据本发明第一和第二实施例的光学扫描装置在主扫描方向上成像的光束直径的曲线。图6是示出由图1所示的传统光学扫描装置、以及由图2和图4所示的根据本发明第一和第二实施例的光学扫描装置在副扫描方向上成像的光束直径的曲线。图5和图6示出排除温度影响外，光束直径根据光束以不同角度入射到光偏转器70的偏转表面70a上时的图像位置而变化的曲线。

考虑到在典型的图像记录装置中，图像被印在宽约210mm的A4纸上，图5和图6的横轴表示图像相对于纸面中心的位置，图5和图6的纵轴分别表示在主扫描方向和副扫描方向上在目标表面10上形成图像的光束的直径。光束直径与光束的宽度相对应，而光束的强度大约是最大值的13.5％。

如图5和图6所示，根据本发明的光学扫描装置，即使进入光偏转器70的偏转表面7a的光束入射角从60°到90°极大变化，形成图像的光束直径仅仅受光束入射角的变化很小的影响。因此，即使光束入射角变化，它也能够保持成像性能。

因此，在图1、图2和图4所示的光学扫描装置之间的比较，以及图5和图6所示曲线之间的比较可以得知，本发明实施例中的光学扫描装置允许进入光偏转器70的偏转表面7a上的光束入射角在一个大范围内变化，而不改变成像性能，从而确保了在设计装置和设置部件方面的自由度。

另外，因为本发明所述的光学扫描装置在入射角方面确保了设计自由度，偏转表面70a的有效面积可以减小。因而，本发明可以克服由于在高速旋转时偏转表面70a的污染而使性能降低的问题。例如，在多边形反射镜用作光偏转器70的情况下，当多边形反射镜高速旋转时，周围的污染物也会围绕多边形反射镜旋转，并可能粘附于多边形反射镜的反射表面的边缘上，污染反射表面的边缘。在光束被反射表面也即偏转表面70a偏转时需要大范围的有效面积的情况下，甚至反射表面的边缘也需要作为有效面积。这样，粘附于边缘的污染物可能影响被偏转的光束，因而降低性能。然而，根据本发明，偏转表面70a的有效面积可以减少，所以就可以不利用反射表面也即偏转表面70a的边缘来偏转光束。因此，由于污染产生的性能降低的问题就不会发生了。

而且，根据图2所示的本发明，进入光偏转器70的偏转表面70a上的光束入射角可以充分地减小，以减少成像的光量的差别，这种差别是由于偏转表面70a的反射率在图像中心和边缘间的差别而产生的，偏转表面70a的有效面积可以减小，因此引起图像打印质量降低的因素可以明显减少。

正如以上所述，根据本发明的光学扫描装置，在至少一个光学部件是由塑料材料制造时，即使内部温度升高，图像打印质量也不降低，在设计由光源发射的并入射到光偏转器的偏转表面的光束入射角时的自由度可以增大。换句话说，当使用根据本发明所述的光学扫描装置时，可以防止由温度变化引起的性能的降低，并能增加自由度。

尽管上面已经图示和描述了本发明的几个实施例，本领域技术人员将会明白，在不脱离本发明的基本原理和精神实质的前提下可适当对这些实施例进行变化，该范围在权利要求书及其等同物中定义。

Claims (20)

1.一种光学扫描装置，包括：

光源；

光偏转器，其具有至少一个偏转表面，以偏转由光源发射的光束；

成像光学系统，以便用由光偏转器偏转的光束在成像表面上形成图像；

其特征在于，还包括：

反射镜元件，其在主扫描方向和副扫描方向具有不同的反射率，以便入射到反射镜元件上的光束在主扫描方向被无会聚/发散地反射，而在副扫描方向上则被会聚地反射，以在偏转表面上沿主扫描方向形成一个线性图像。

2.如权利要求1所述的光学扫描装置，其中，反射镜元件会聚地反射由光源发射并在副扫描方向上入射其上的光束。

3.如权利要求2所述的光学扫描装置，其中，反射镜元件是一个柱面反射镜，其在主扫描方向具有一平面，而在副扫描方向具有一正光焦度的球面或非球面。

4.如权利要求3所述的光学扫描装置，其中，从光源发出并入射到光偏转器的偏转表面上的光束的角度可利用反射镜元件在主扫描方向上改变。

5.如权利要求1所述的光学扫描装置，其中，反射镜元件是一个柱面反射镜，其在主扫描方向具有一平面，而在副扫描方向具有一正光焦度的球面或非球面。

6.如权利要求5所述的光学扫描装置，其中，从光源发出并入射到光偏转器的偏转表面上的光束的角度可利用反射镜元件在主扫描方向上改变。

7.如权利要求1所述的光学扫描装置，其中，从光源发出并入射到光偏转器的偏转表面上的光束的角度可利用反射镜元件在主扫描方向上改变。

8.如权利要求2所述的光学扫描装置，其中，从光源发出并入射到光偏转器的偏转表面上的光束的角度可利用反射镜元件在主扫描方向上改变。

9.如权利要求1所述的光学扫描装置，其中，光束由光源发散地发射，所述装置还包括一个透镜，其位于光源和反射镜元件之间，会聚由光源发散地发射的光束，并将该光束转换成会聚光束或平行光束。

10.如权利要求1所述的光学扫描装置，其中，成像光学系统包括一个f-θ透镜，其引导被在主扫描方向和副扫描方向上具有不同折射率的光偏转器的偏转表面偏转的光束，以在目标表面上形成一个图像。

11.一种装置，包括：

光源，其发射光束；

反射镜，其反射所发射的光束；以及

偏转器，其偏转被反射的光束，

其特征在于：

所述反射镜在主扫描方向和副扫描方向有不同的反射率，使得入射到反射镜元件上的光束在主扫描方向被无会聚/发散地反射，而在副扫描方向上则被会聚地反射，以形成在主扫描方向上比副扫描方向上长的线性图像。

12.如权利要求11所述的装置，还包括：

成像表面；以及

透镜，其位于偏转器和成像表面之间，以接收被偏转的光束，并在成像表面上形成一个图像。

13.如权利要求12所述的装置，其中，透镜比成像表面更靠近偏转器。

14.如权利要求12所述的装置，其中，透镜对被偏转的光束在副扫描方向和主扫描方向上具有不同的折射率。

15.如权利要求11所述的装置，其中，反射镜是一个柱面反射镜，其在主扫描方向上具有一平面。

16.如权利要求11所述的装置，其中，反射镜是一个球面或非球面，其在副扫描方向具有正光焦度。

17.如权利要求11所述的装置，其中，当装置的温度升高时，反射镜不受其材料的折射率或膨胀系数的改变的光学影响。

18.如权利要求11所述的装置，其中，反射镜在主扫描方向上无会聚/发散地反射光束，而在副扫描方向上会聚地反射光束。

19.如权利要求11所述的装置，其中，进入偏转器的被反射光束的入射角大约为60°。

20.如权利要求11所述的装置，其中，进入偏转器上的被反射光束的入射角大约为90°。

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