CN102033313A - 光扫描单元和利用该光扫描单元的电子照相成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光扫描单元和利用该光扫描单元的电子照相成像装置。光扫描单元通过形成设置在光源和光学偏转器之间的光学单元而采用减小数量的光学部件，该光学单元仅采用单个透镜，并且通过提供适当的主/次扫描放大比来确保光学和机械性能。

Description

光扫描单元和利用该光扫描单元的电子照相成像装置

技术领域

本公开涉及光扫描单元及利用该光扫描单元的电子照相成像装置。

背景技术

光扫描单元是用于将光源发射的光扫描到预定区域的单元，并且在各种器件(诸如，电子照相成像装置和扫描显示器件)中使用。

例如，在电子照相成像装置中，如果经由光扫描单元执行的主扫描和因光感受器的移动而执行的次扫描，光扫描单元将光束扫描到光感受器(诸如光敏鼓)上，则静电潜像形成在光感受器上。形成的静电潜像通过利用诸如调色剂的显影剂而显影为显影图像，显影图像被转移到印刷介质上。

光扫描单元包括用于偏转光源发射的光束并将光束扫描到光感受器上的光学偏转器和用于折射光源发射的光束并使光束成像的光学单元(透镜)。光扫描单元的光学单元的实例包括用于使光源发射的光束准直的准直透镜、用于沿次扫描方向将光束聚焦到光学偏转器的反射表面上的圆柱透镜以及用于使光学偏转器扫描的光束成像在光感受器上的扫描透镜。

发明内容

根据一个方面，提供一种扫描单元，包括：光源，用于发射光束；光学偏转器，用于在主扫描方向上偏转并扫描从光源发射的光束；第一光学单元，包括单个透镜，设置在光源与光学偏转器之间，以及用于在主扫描方向上准直从光源发射的光束并在次扫描方向上将光束聚焦到光学偏转器的反射表面上；以及第二光学单元，包括至少一个透镜并用于使被光学偏转器偏转并扫描的光束成像在扫描目标表面上，其中，满足|βm|＞|βs|，其中，βm表示在主扫描方向上光扫描单元的光学***的放大率，βs表示在次扫描方向上光扫描单元的光学***的放大率。

根据另一方面，提供了一种电子照相成像装置，包括：光感受器；光扫描单元，用于将光束扫描到光感受器的扫描目标表面上，从而形成静电潜像；以及显影单元，将调色剂提供到由光感受器形成的静电潜像从而显影静电潜像。

光扫描单元可以满足0.05＜(βs/βm)²＜0.5。

第一光学单元可以包括变形透镜。

第一光学单元可以由塑料形成。

衍射图案可以形成在第一光学单元的至少一个表面上。

第一光学单元的衍射图案可以形成为锯齿形或阶梯形。

第一光学单元的其上形成有衍射图案的衍射表面可以具有圆形或椭圆形。

第一光学单元的衍射图案可以采用

表示，其中，表示在离开衍射表面的中心r距离的区域中衍射图案的相，m表示衍射级，λ表示从光源发射的光束的波长，及c1、c2、c3和c4表示多项式的系数。

光扫描单元可还包括用于使光束成形的狭缝。

本发明的附加方面和/或优点将在以下的描述中部分地阐述，部分将通过这些描述变得清楚或者可以通过实践实施方式而习之。

附图说明

通过参考附图对本发明的示范性实施方式进行详细描述，本发明的上述和其它特性和优点将变得更加清楚，附图中：

图1为示出根据实施方式光扫描单元关于主扫描面的光学构造的示意图；

图2为示出图1所示的光扫描单元关于次扫描面的光学构造的示意图；

图3为根据实施方式在图1所示的光扫描单元中使用的第一光学单元的示意侧视图；

图4A为根据另一实施方式在图1所示的光扫描单元中所使用的第一光学单元的示意侧视图；

图4B为示出图4A所示的第一光学单元的衍射表面的示意图；

图5为示出根据实施方式次扫描光束直径关于光扫描单元的光学***的放大比根据在第一光学单元的主/次扫描方向上的位置调整而发生的变化的曲线图；以及

图6为根据实施方式利用光扫描单元的电子照相成像装置的示意结构图。

具体实施方式

此后，通过参考所附的附图解释本发明的实施方式，将详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同的形式实现且不应解释为限于这里阐述的实施方式；而是，提供这些实施方式使得本公开将充分和完整，且向本领域的普通技术人员全面地传达本发明的构思。在附图中，相似的附图标记指示相似的元件，且为了清晰且便于解释夸大了每个元件的尺寸。

图1为示出根据实施方式的光扫描单元关于主扫描面的光学构造的示意图。图2为示出图1所示的光扫描单元关于次扫描面的光学构造的示意图。这里，主扫描面是其中光束在主扫描方向上扫描的平面，次扫描面是垂直于主扫描面的平面。图2中，为了便于解释，由光束偏转器偏转的光束被图示为与光束未偏转的行进一样。

参考图1和图2，光扫描单元包括用于发射光束L的光源20、狭缝40、第一光学单元50、光学偏转器60和第二光学单元70。

光源20发射光束L。例如，发射激光束的半导体激光二极管可以用作光源20。

狭缝40使光源20发射的光束L成形并可以具有开口，该开口具有例如圆形或椭圆形。虽然在图1和图2中狭缝40设置在光源20与第一光学单元50之间，但是狭缝40的位置不受此限制。例如，狭缝40可以设置在第一光学单元50与光学偏转器60之间。此外，可以省略狭缝40。

第一光学单元50设置在光源20与光学偏转器60之间，使光源20发射的光束L在主扫描方向x上准直，并且在次扫描方向y上将光束L聚焦到光学偏转器60的反射表面上。第一光学单元50可以包括单个变形透镜。第一光学单元50执行准直透镜和圆柱透镜二者的功能，而在常规光扫描单元中包括独立的准直透镜和圆柱透镜。第一光学单元50可以由塑料形成。这里，主扫描方向x是光束L关于扫描目标表面80扫描的方向，次扫描方向y是关于扫描目标表面80垂直于主扫描方向x的方向并且与光学偏转器60的旋转轴相同。

图3为根据实施方式在图1示出的第一光学单元50的示意侧视图。

参考图3，第一光学单元50的入射表面50a和出射表面50b的至少之一可以形成为关于主扫描方向和次扫描方向具有不同折射能力(refraction power)的曲面。

图4A为根据另一实施方式第一光学单元50’的示意侧视图。图4B为图4A中所示的第一光学单元50’的衍射表面的示意图。

参考图4A和图4B，衍射图案51形成在第一光学单元50’的入射表面50a’上。衍射图案51可以形成为锯齿形或阶梯形。

衍射图案51可以由表达式1的相多项式表示。

【表达式1】

$\mathrm{\φ}\left(r\right)=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{m\λ}}(c_1{r}^2+c_2{r}^4+c_3{r}^6+c_4{r}^8),$

其中，

表示在形成有衍射图案51的衍射区中衍射图案51的相(phase)，即，在距离衍射表面的中心距离r的区域中衍射图案51的相，m表示衍射级(diffraction order)，λ表示从图1中示出的光源20发射的光束L的波长，及c₁、c₂、c₃和c₄表示相多项式的系数。

虽然衍射表面具有图4B中的圆形，但是衍射表面的形状不限于此。例如，衍射表面可以具有椭圆形。同样，虽然在图4A和图4B中衍射图案51形成在第一光学单元50’的入射表面50a’上，但是形成衍射图案51的表面不限于此，且衍射图案51可以形成在第一光学单元50’的入射表面50a’和出射表面50b’的至少之一上。

再参考图1和图2，光学偏转器60沿主扫描方向x将光束L扫描到扫描目标表面80上。例如，具有多个反射表面的旋转光学多面体可以用作光学偏转器60。从光源20发射的光束L被偏转并在光学偏转器60的反射表面上朝向扫描目标表面80反射，并且随着光学偏转器60旋转而沿主扫描方向X扫描。作为光学偏转器60的另一实例，镜扫描器(mirror scanner)可以由微机电***实现。

第二光学单元70是使得被光学偏转器60扫描的光束L在扫描目标表面80上成像的光学***，并且设置在光学偏转器60与扫描目标表面80之间。第二光学单元70可以由塑料形成。第二光学单元70可以具有非球面表面，该非球面表面以下面的方式改变被光学偏转器60扫描的光束L，该光束L关于主扫描方向x以恒定速度被扫描到扫描目标表面80上。同样，第二光学单元70允许光束L关于次扫描方向y聚焦在光学偏转器60的反射表面和扫描目标表面80上。同样地，第二光学单元70可以通过在光学偏转器60的反射表面与扫描目标表面80之间建立共轭关系来弥补光学偏转器60的旋转轴的振动。虽然在图1和图2中第二光学单元70包括单个透镜，但也可以包括两个或多个透镜。在第二光学单元70与扫描目标表面80之间可以进一步包括用于适当改变光学路径的反射镜(未示出)。

此时，根据当前实施方式的光扫描单元与包括单独的准直透镜和圆柱透镜的常规光扫描单元的区别在于，第一光学单元50包括单个透镜。在常规光扫描单元中，通过分开调整准直透镜和圆柱透镜关于光轴的位置而独立调整在主扫描方向x上的成像位置和在次扫描方向y上的成像位置。另一方面，在根据当前实施方式的光扫描单元中，第一光学单元50通过利用单个透镜来执行准直透镜和圆柱透镜二者的功能，在主扫描方向x上的成像位置和在次扫描方向y上的成像位置不可以容易地独立调整。因此，在当前实施方式中，光扫描单元的光学***的放大率设计为符合表达式2。

【表达式2】

|βm|＞|βs|

其中，βm表示在主扫描方向x上光扫描单元的光学***的放大率，βs表示在次扫描方向y上光扫描单元的光学***的放大率。

此外，第一光学单元50和第二光学单元70可以设计为使得光扫描单元的光学***的放大率满足表达式3。

【表达式3】

0.05＜(βs/βm)²＜0.5

如果光扫描单元的光学***满足表达式2并进一步满足表达式3，则与常规光扫描单元相比，在主扫描方向x上的放大率与在次扫描方向y上的放大率之间的放大比相对小，由此可减小在次扫描方向y上的容差敏感度。这样，可以确保光扫描单元的光学和机械特性。例如，即使当第一光学单元50仅参考光束L在主扫描方向x上的光斑来定位时，第一光学单元50也可以设置在光扫描单元的容差范围内。同样，当第一光学单元50参考光束L在主扫描方向x上的光斑来定位时，第一光学单元50可以通过利用例如接合剂充分固定在光扫描单元的框架(未示出)上，因此附加调整元件不是必须的。在此情况下，可以通过在竖直方向、水平方向或光束行进方向上移动第一光学单元50以及额外地沿着光束行进方向围绕轴旋转来定位第一光学元件50。此外，可以通过在竖直方向、水平方向或光束行进方向上移动光源20来更精确地调整光束L的光斑。光源20还可以参考光束L在主扫描方向x上的光斑来定位而不需要额外的调节元件，于是通过利用例如接合剂可以固定到光扫描单元的框架上。

现将描述对于光扫描单元的光学***的设计条件的实例。

<实例1>

表1示出图1和图2所示的光扫描单元的光学***的光学构造的设计条件。

【表1】

n	1.526248
		d1	14.43
d2	3
		d3	43.65
d4	29.2

d5	13.5
		d6	90.63
R1	22.46
		R2(主扫描)	-11.4871
R2(次扫描)	-8.055
		R3(主扫描)	62.5588
R3(次扫描)	-13.037
		R4(主扫描)	130.6980
R4(次扫描)	-9.466
		参考波长λ	786.5nm

这里，n表示第一光学单元50和第二光学单元70的折射率，d1至d6的每个表示图2所示的光源20与扫描目标表面80之间的距离或者光源20与扫描目标表面80之间的元件的厚度，R1表示第一光学单元50的入射表面50a的曲率半径，R2表示第一光学单元50的出射表面50b的曲率半径，R3表示第二光学单元70的入射表面70a的曲率半径，R4表示第二光学单元70的出射表面70b的曲率半径，参考波长λ表示从光源20发射的光束L的波长。在表1中，除了折射率n和参考波长λ以外的数值以毫米(mm)表示。

在实例1中，βm为8.9，βs为5.52，因此满足表达式2的条件。由于(βs/βm)²为0.38，所以也满足表达式3的条件。

表2示出了当第一光学单元50最初被定位使得光束L在主扫描方向x上聚焦在扫描目标表面80上时，在次扫描方向y上光斑尺寸(spot size)关于(βs/βm)²的不同值根据第一光学单元50的调节量变化。图5为示出光斑尺寸在次扫描方向y上的变化的曲线图。这里，第一光学单元50的调节量指的是第一光学单元50沿光束L的行进方向z移动时的值。

【表2】

参考表2和图5，如果(βs/βm)²大，例如，为0.54，则当第一光学单元50在行进方向z上移动时，在次扫描方向y上的光斑尺寸，即，光束直径变化很大，由此第一光学单元50在次扫描方向y上的容差敏感度大。另一方面，如果(βs/βm)²小，例如，为0.46，则即使第一光学单元50在光束L的行进方向z上移动，在次扫描方向y上的光斑尺寸也不会变化很大，由此第一光学单元50在次扫描方向y上的容差敏感度小。如果(βs/βm)²更小，例如，0.277，则第一光学单元50在次扫描方向y上的容差敏感度变得更小。这样，如果光扫描单元的光学***满足表达式2和3，则第一光学单元50在次扫描方向y上的容差敏感度小，即使在设置第一光学单元50时参考光束L在主扫描方向x上的光斑而定位第一光学单元50，也可以满足光束直径的预设变化容许量，由此可以解决当第一光学单元50包括单个透镜时会发生的调整问题。

<实例2>

表3示出当图4A和图4B中示出的第一光学单元50’具有衍射表面时图1和图2中示出的光扫描单元的光学***的光学构造的设计条件。

【表3】

n	1.526248
		d1	14.43
d2	3
		d3	58.8
d4	38.5
		d5	15
d6	95.23
		R1	-33
R2(主扫描)	-11.5335
		R2(次扫描)	-8.9764
R3(主扫描)	62.6599
		R3(次扫描)	-9.21
R4(主扫描)	88.5841
		R4(次扫描)	-9.324
参考波长λ	786.5nm

此时，第一光学单元50’的衍射表面具有满足表达式1的衍射图案51，形成在入射表面50a’上，并满足表4所示的值。

【表4】

在实例2中，βm为10.98，βs为5.19，因此满足表达式2的条件。由于(βs/βm)²为0.22，所以也满足表达式3的条件。

图6为根据本发明实施方式利用光扫描单元100的电子照相成像装置的示意结构图。

参考图6，电子照相成像装置可以包括光扫描单元100、光敏鼓200、显影单元300、主充电辊400、清洁单元500、中间传送带600、第一转移辊700、第二转移辊800以及定影单元900。

为了印刷彩色图像，对于每种颜色可以包括光扫描单元100、光敏鼓200和显影单元300。图1和图2所示的光扫描单元可以用作光扫描单元100。四个光扫描单元100分别将四个光束扫描到四个光敏鼓200上。光敏鼓200是光感受器的实例并包括具有外圆周的圆柱形金属管，具有预定厚度的光敏层形成在外圆周上。虽然图6未示出，但是光敏带可以用作光感受器。光敏鼓200的外圆周是扫描目标表面。主充电辊400旋转并接触光敏鼓200，并且是将光敏鼓200的表面充电到均匀电势的充电器的实例。充电偏压施加到主充电辊400上。可以使用电晕充电器(未示出)代替主充电辊400。光扫描单元100在主扫描方向上扫描根据图像信息调节的光束，从而在光敏鼓200的扫描目标表面上形成静电潜像。在此情况下，随着光敏鼓200旋转，扫描目标表面在次扫描方向上移动，光扫描单元100与水平同步信号同步以在主扫描方向上将光束扫描到扫描目标表面上。因此，二维静电潜像形成在光敏鼓200的扫描目标表面上。

与诸如黑色(K)、品红色(M)、黄色(Y)和青色(C)的四种颜色的图像信息相应的静电潜像分别形成在四个光敏鼓200上。四个显影单元300将K、M、Y和C的调色剂分别提供到光敏鼓200，从而形成K、M、Y和C的调色剂图像。中间传送带600在接触四个光敏鼓200的同时移动。形成在光敏鼓200上的K、M、Y和C的调色剂图像转移到中间传送带600上同时因施加到第一转移辊700上的第一转移偏压而彼此交叠。在转移之后残留的调色剂图像被清洁单元500去除。转移到中间传送带600上的调色剂图像因施加到第二转移辊800的第二转移偏压而被转移到记录介质P上。转移到记录介质P上的调色剂图案因定影单元900提供的热和压力而被定影到记录介质P上，由此完成印刷操作。

如上所述，根据实施方式，由于光扫描单元的光学***的放大率满足预定的主/次扫描放大比，所以可以减小在次扫描方向上的容差敏感度，由于包括单个透镜的第一光学单元使得光束在主扫描方向上准直并在次扫描方向上将光束聚焦到光学偏转器的反射表面上，所以光学部件可以容易地定位。此外，由于光学部件定位时在次扫描方向上容差敏感度降低，所以可以抑制第一光学单元设置在光扫描单元中时产率的减小，并且不需要用于调整光源等的位置的额外调整元件。

虽然参考本发明的示范性实施方式具体显示和描述了本发明，然而本领域的普通技术人员可以理解在不脱离由权利要求所界定的本发明的精神和范围的情况下，可以作出形式和细节上的不同变化。

Claims (10)

1.一种光扫描单元，包括：

光源，用于发射光束；

光学偏转器，用于在主扫描方向上偏转并扫描从所述光源发射的所述光束；

第一光学单元，包括单个透镜，设置在所述光源与所述光学偏转器之间，并用于在所述主扫描方向上准直从所述光源发射的所述光束并在次扫描方向上将所述光束聚焦到所述光学偏转器的反射表面上；以及

第二光学单元，包括至少一个透镜并使得被所述光学偏转器偏转并扫描的光束成像在扫描目标表面上，

其中，满足下面的表达式：

|βm|＞|βs|，

其中，βm表示在所述主扫描方向上所述光扫描单元的光学***的放大率，βs表示在所述次扫描方向上所述光扫描单元的所述光学***的放大率。

2.根据权利要求1所述的光扫描单元，其中满足下面的表达式：

0.05＜(βs/βm)²＜0.5

3.根据权利要求1所述的光扫描单元，其中所述第一光学单元包括变形透镜。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光扫描单元，其中所述第一光学单元由塑料形成。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的光扫描单元，其中衍射图案形成在所述第一光学单元的至少一个表面上。

6.根据权利要求5所述的光扫描单元，其中所述第一光学单元的所述衍射图案形成为锯齿形或阶梯形。

7.根据权利要求5所述的光扫描单元，其中所述第一光学单元的其上形成有所述衍射图案的衍射表面具有圆形或椭圆形。

8.根据权利要求5所述的光扫描单元，其中所述第一光学单元的所述衍射图案采用下面的相多项式表示：

$\mathrm{\&phi;}\left(r\right)=\frac{2\mathrm{\&pi;}}{\mathrm{m\&lambda;}}(c_1{r}^2+c_2{r}^4+c_3{r}^6+c_4{r}^8)$

其中，

表示在距离所述衍射表面的中心距离r处的区域中所述衍射图案的相，m表示衍射级，λ表示从所述光源发射的所述光束的波长，及c₁、c₂、c₃和c₄表示所述相多项式的系数。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的光扫描单元，还包括用于使所述光束成形的狭缝。

10.一种电子照相成像装置，包括：

光感受器；

权利要求1至权利要求9中任一项所述的光扫描单元，用于将光束扫描到所述光感受器的扫描目标表面上，从而形成静电潜像；以及

显影单元，将调色剂提供到由所述光感受器形成的所述静电潜像从而显影所述静电潜像。

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