CN1800997A

CN1800997A - 成像装置

Info

Publication number: CN1800997A
Application number: CN200510137395.0A
Authority: CN
Inventors: 栗原隆之; 杉村英树; 冈村秀树
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2006-07-12
Also published as: JP2006184750A; US20060164707A1

Abstract

一种成像装置，设有扫描光学***，其中仅通过单个旋转多面镜扫描多个光束，并且由于部件更少，该***更简单、更廉价。多个光准直器的光轴以预定的节距与光束的光轴分离，因此沿子扫描方向，光束以不同的入射位置入射到多面镜的反射面上。由此，光束以不同的角度入射到旋转多面镜，并被镜面偏转，且较大地与光学***的光轴分离。

Description

成像装置

技术领域

本发明涉及一种电子照相成像装置，如复印机、打印机、传真机和它们的组合装置，尤其是涉及一种串列式彩色成像装置，其中黄色(Y)、青色(C)、品红色(M)和黑色(B)的感光器沿纸张路径串联设置，并曝光于承载每种颜色的图像信息并被一旋转多面镜扫描的调制激光光束。

背景技术

在电子照相成像装置，如复印机、传真机和它们的组合装置中设置几种用于感光器的曝光装置。它们中的一种是，如图5所示的光束扫描器，其中旋转多面镜31通过反射面32偏转来自光源30的光束36。另一种类型是具有LED阵列的自聚焦(selfoc)透镜。这里，扫描透镜33₁和33₂沿感光器34的轴线以大致恒定的速度在感光器34上扫描被旋转多面镜31的反射面32反射的光束36。此外，光轴35如图显示。

图6显示了在使用旋转多面镜31的扫描装置中的光学***的概略图。图6中示出了光源30、旋转多面镜31的反射面32、扫描透镜33(也就是如图5中所示的扫描透镜33₁和33₂)、感光器34、光学***的光轴线35、来自光源30的光束36、准直透镜41、孔阑42、柱面透镜43。为了便于解释，从光源到旋转多面镜31的反射面32的光学路径和从反射面32到感光器34的光学路径线性排列。来自光源30(如激光二极管)的光束36被一图像信号调制，通过准直透镜41变成平行光，被孔阑42限束，并通过柱面透镜43聚焦到旋转多面镜31的反射面32上。进而，光束36被旋转多面镜31的反射面32偏转，并被扫描透镜33沿感光器34的轴线以恒定的速度扫描到感光器上。另外，准直透镜41和柱面透镜43的光学表面的曲率中心位于光学***的光轴上。另外，反射面32位于柱面透镜43的后焦点位置处。另外，扫描透镜33以下述方式设置，即扫描镜31的反光面32和感光器34的表面共轭，从而抑止由扫描镜31的反光面32的微小倾斜引起的不良效果。该扫描装置用在相对高速和相对昂贵的成像装置中。多面镜的高度被制成大致为，例如，2mm，这是为了减少成本和加快驱动马达的启动。

旋转多面镜或LED阵列分别被用在高速或低速的个人用串列式彩色成像装置中，其中黄色(Y)、青色(C)、品红色(M)和黑色(B)的感光器沿纸张路径串联设置，该感光器曝光于承载每种颜色的图像信息并被旋转多面镜扫描的调制激光光束，通过每种颜色的调色剂对感光器显影，并且将调色剂图像转印到纸上。

但是，在旋转多面镜光学***中光学路径相对较长，因此制成的串列式彩色成像装置尺寸大且昂贵，因为每一种颜色都需要一个多面镜。为此，设想多个光束被单个多面镜偏转，并被反射镜分离到每一个感光器上，如图7所示。

反射镜9₁、9₂、9₃、9₄、10₁、10₂、10₃对应沿着纸的路径设置的感光器11₁、11₂、11₃、11₄而设置。它们分别把来自光源51₁、51₂、51₃、51₄的光束55₁、55₂、55₃、55₄引导到感光器11₁、11₂、11₃、11₄上。光束55₁、55₂、55₃、55₄分别通过准直透镜52₁、52₂、52₃、52₄成为平行光，然后分别被孔阑53₁、53₂、53₃、53₄限束，最后聚焦到旋转多面镜的反射面57上。光束55₁、55₂、55₃、55₄被反射面57偏转，通过扫描透镜58，被反射镜9₁、9₂、9₃、9₄分离，从而扫描感光器11₁、11₂、11₃、11₄。图5示出光轴56。

图8是一部分的局部放大图，其中光束55₁、55₂、55₃、55₄平行于光轴56入射在柱面透镜54上。它们聚焦在旋转多面镜的反射面57上。

但是，当被旋转多面镜的反射面57反射的光束55₁、55₂、55₃、55₄分别射到反射镜9₁、9₂、9₃、9₄时，光束55₁、55₂、55₃、55₄应当沿感光器轴线的垂直方向以一定的角度分开。好几种方法可增加光束的分离。第一种方法是增加扫描透镜与反射镜9₁、9₂、9₃、9₄之间的距离。第二种方法是通过增加扫描透镜58的光学放大倍数(optical power)来分散光束55₁、55₂、55₃、55₄。第三种方法是沿子扫描方向(垂直于感光器轴线的方向)增加柱面透镜54的宽度，从而增加入射到旋转多面镜的反射面57的入射角。

但是，第一种方法不可避免地增大成像装置的尺寸。第二种方法使得光束的半径变大。因此，需要短焦透镜，从而使得焦深缩小到一个不切实际的程度。第三种方法使柱面透镜54尺寸增大且昂贵。

具有用于多光束的单个旋转多面镜的串列式彩色成像装置的实例如JP8-271817A(1996)所公开，如图9所示。

在如图9所示的光学***100中，来自未示出的激光二极管的四个束光束LK、LY、LM、LC入射到旋转多面镜101的镜面上。每束光都沿着旋转轴O的方向(子扫描方向)被线性分离。另外，在垂直于旋转轴O的平面Q的位置P处，各束光相交。

被旋转多面镜101的镜面偏转的光束LK、LY、LM、LC接近位置P，接近表面Q，穿过超环面透镜(troidal lens)102，在位置P处相交，然后彼此分离，穿过fθ透镜103，然后分别被偏折反射镜104aK～104cK、104aY～104cY、104aM～104cM、104aC～104cC以光程相同的方式被偏转。偏转以后，它们分别穿过防尘玻璃105K、105Y、105M、105C，沿着主扫描方向(感光器的轴线)曝光并扫描感光鼓，从而形成静电潜像。

但是，在JP8-271817A(1996)中公开的扫描光学***100有一个缺点，即光束LK、LY、LM、LC经过fθ透镜103后沿着子扫描方向仅略微分离，因为它们在位置P前面就相交了。

在光束LK、LY、LM、LC达到感光器106K、106Y、106M、106C之前，光束就应当完全地彼此分离。否则，没有对感光器充分地曝光，并且潜像出现噪声。虽然光束被偏折反射镜104aK、104aY、104aM、104aC分离是合适的，但是偏折反射镜很难被设置成非常靠近相交位置P。这是因为在JP8-271817A(1996)中公开的偏折反射镜在沿子扫描方向仅略微分离。

如果偏折反射镜104aK、104aY、104aM、104aC被设置在远离点P的位置，则该装置的尺寸就增加了，因为光程长度变的更长了，尽管扫描镜和扫描透镜的数量减少了。

特殊的透镜如用于分离光束LK、LY、LM、LC的复曲面透镜可以被设置成接近位置P。然而，偏折反射镜104aK、104aY、104aM、104aC接近位置P，旋转多面镜与位置P之间的距离并不能够缩短。因此，该装置仍然昂贵。

因此，增加自镜面起的光程长度或使用特殊的透镜不是优选的。在JP11-119131A(1999)中公开一种扫描光学***，其中偏转的光束可在短距离内被分离。在JP11-119131A(1999)公开的扫描光学***中，多个入射到旋转多面镜的反射表面的光束在从反射表面起的光源侧相交，如图10和图11所示。

图10是该扫描光学***的侧面图，旋转多面镜85在图的中央。图11A是从光源81K、81Y(如激光二极管)到旋转多面镜85的光学***的侧面图。

图11B是从旋转多面镜85到感光器91K、91Y、91M、91C的光学***的侧面图。

下面的部件对称地分布在垂直于纸张路径的平面内：四个激光二极管81K、81Y、81M和81C(在图11A和图11B中只显示了81K和81Y)；扫描镜86a、86b等等，其每一个都包括超环面透镜和fθ透镜；偏折镜87aK～87cK、87aY～87cY、87aM～87cM、87aC～87cC；第二柱面透镜98K、89Y、89M、89C，它们分别对应于感光器91K、91Y、91M、91C；以及中间的旋转多面镜85。

光束LK和LY穿过准直透镜82K和82Y(以产生平行光)，穿过第一柱面透镜83K和83Y(它们是独立的，虽然在图11A中两者重叠)，仅沿着旋转轴方向被聚焦，被反射镜84K和84Y反射，在位置P处相交并且在旋转多面镜85的反射表面上沿旋转轴O排列成行。

从设置在旋转多面镜85相对侧的激光二极管81M和81C发出的光束LM和LC入射到相对侧的反射面上。因此，两光束从上游射入，而两光束从下游射入。光束LK、LY、LM、LC的入射角设置成使得光束位置P处相交(参照图11A)，位置P在垂直于旋转轴的平面Q上的至光源侧的镜面的前方，并且光束在镜面处沿旋转轴方向(子扫描方向)排列成行。

如图11B所示，偏转的光束LK和LY离开旋转多面镜85的反射表面，被分离，并通过超环面透镜和fθ透镜。光束LK和LY沿主扫描方向以恒定扫描速度聚焦，并且沿子扫描方向成为平行光。光束LK和LY通过扫描透镜86a，改变光学路径(使得通过偏折镜87aK～87cK和87aY～87cY，它们的光学路径长度相同)，穿过仅沿子扫描方向聚焦光束的第二柱面透镜89K和89Y，沿主扫描方向扫描并曝光感光器91K和91Y，从而形成静电潜像。

但是，JP11-119131A(1999)公开的装置尺寸较大，因为围着旋转多面镜85彼此相对设置了两个光学***，并且由于增加了部件的数量，如四个柱面透镜83K、83Y、83M和83C和两套聚焦透镜86a和86b，该装置成本上升。

JP11-119131A(1999)公开的装置的另一个缺点是，激光二极管81K和81Y、准直透镜82K和82Y难以组合，因为组合后的形状变得复杂并且精度难以保证，因为光学***从光源到旋转多面镜85整体倾斜。

如果激光二极管81K和81Y的支撑部件是独立的，则被光源部分占据的区域变大且该装置尺寸增加。此外，无论它们是整体式的还是分离式的，都难以设计调整夹具，因为在光束点调整的过程中，准直透镜82K和82Y沿不同的方向移动。

另外，应该在垂直于光轴的平面内调整准直透镜82K和82Y的位置，以固定从光源81K和81Y发射的光束的输出角。根据光学路径，这些调整面是不相同的。因此，光源支撑部件的结构变得复杂，精确度降低且难以设计调整夹具。

发明内容

本发明的目的是通过使用较少的部件，提供一种更简单、更廉价的用于旋转多面镜扫描***的光学***，其中利用单个旋转多面镜扫描多个用于形成彩色图像的光束。

本发明的电子照相彩色成像装置是这样一种装置，其中单个旋转多面镜扫描多个光束以便曝光多个感光器。

本发明的装置包括：使光束平行的准直透镜；位于准直透镜和旋转多面镜之间的中间透镜，其用于把光束聚焦到旋转多面镜的反射表面。

在本发明的装置中，光束的光源的光轴平行于准直透镜的光轴；这些光束的光源的光轴以预定的节距(pitch)与准直透镜的光轴分离；沿感光器的子扫描方向，光束以不同的入射位置入射到中间透镜上；且光束以不同的角度入射到中间透镜上。

这里，入射位置越偏离中间透镜的光轴，入射角就越大，该中间透镜是一个柱面透镜。

另外，本发明的装置包括一扫描透镜，该扫描透镜把被旋转多面镜偏转的光束聚焦到感光器上，并沿感光器的主扫描方向以恒定的速度在感光器上扫描。

另外，光束将感光器曝光，这些感光器对应于黄色、青色、品红色和黑色的静电潜像。

根据本发明，可提供一种用于成像装置的扫描光学***，其中仅由单个旋转多面镜扫描多个光束，并且由于该成像装置中包括更少的部件，该***更加简单、廉价。

附图说明

图1是具有本发明扫描装置的串列式彩色成像装置的示意平面图。

图2是该光学***的侧视图。为了便于解释，从光源到旋转多面镜的光路和从旋转多面镜到感光器的光路成直线对准。

图3显示了从光源到旋转多面镜的光路。

图4显示了从光源到柱面透镜的光路。

图5是具有旋转多面镜的扫描***的示意图。

图6是具有旋转多面镜的扫描***的光学***的示意图。

图7是具有用于多个光束的单个旋转多面镜的成像装置的示意图。

图8是多个光束入射其上的柱面透镜的放大图。

图9是具有用于多个光束的单个旋转多面镜的串列式彩色成像装置的示意图。

图10是在JP11-119131A(1999)中公开的扫描光学***的侧视图。

图11A是从光源到旋转多面镜的部分光学***的侧视图，而图11B是从旋转多面镜到感光器的部分光学***的侧视图。

具体实施方式

参考附图，对本发明的优选实施例加以说明。当然本发明不受限于对部件的尺寸、材料、形状和排列的特定描述。

图1是具有本发明扫描装置的串列式彩色成像装置的示意平面图。图2是该光学***的侧视图。为了便于解释，从光源到旋转多面镜的光路和从旋转多面镜到感光器的光路成直线对准。图3显示了从光源到旋转多面镜的光路。图4显示的是从光源到柱面透镜的光路。

从光源1₁～1₄(如激光二极管)发出的光束5₁～5₄受到对应于黄色(Y)、青色(C)、品红色(M)和黑色(B)的图像信号的调制。另外，在该光学***中提供使光束成为平行光的准直透镜2₁～2₄、使光束入射到旋转多面镜7的反射面7₁的反射镜3₁～3₅、常规反射镜3₁和3₅、半反射镜3₂～3₄以及柱面透镜或非球面透镜4。

光束被旋转多面镜7的反射面7₁反射，并被fθ透镜8聚焦，以大致恒定的速度沿感光器11₁～11₄的主扫描方向扫描。第一反射镜9₁和9₅将从扫描透镜8输出的光束导向到对应于Y、M、C和B的感光器11₁～11₄上。第二反射镜10₁和10₄将被第一反射镜反射的光束导向到感光器11₁～11₄上。图中显示出光学***的光轴6，光源1₁～1₄的光轴12₁～12₄和准直透镜2₁～2₄的光轴13₁～13₄。

虽然未示出下列元件，但是围绕着感光器11₁～11₄设置了充电装置、显影装置、清洁装置、转印装置，每一个都是常规电子照相处理元件。

如图1和图2所示，使得光束入射到在成像装置中所使用的扫描装置中的旋转多面镜7的反射面7₁上的光学***包括：光源1₁～1₄、准直透镜2₁～2₄、半反射镜3₁～3₄。如图3和图4所示，光束5₁～5₄沿子扫描方向以不同的入射角θ₁～θ₄入射到柱面透镜或非球面透镜4的不同位置处。

另外，如图4详细显示，光源1₁～1₄的光轴12₁～12₄和准直透镜2₁～2₄的光轴13₁～13₄平行于扫描装置的光学***的光轴。另外，光源1₁～1₄的光轴12₁～12₄以距离d₁～d₄偏离准直透镜2₁～2₄的光轴13₁～13₄。

在图4中，光束5₁由它的中心和它的光束半径5₁₁表示，虽然光束5₂～5₄仅由它们的中心表示。光束2₁～2₄入射到柱面透镜4的入射位置可相对于光学***的光轴6对称的，或是对应于第一反射镜9₁～9₄的任意位置。入射角θ₁～θ₄可相对于光学***的光轴6对称的，或是对应于第一反射镜9₁～9₄的任意角度。

例如，平行光束5₁₁具有入射角θ₁，因为它的光轴12₁以距离d₁偏离光轴13₁。

因此，光束5₁～5₄以预定的节距入射到反射面7₄上。因此，反射光束5₁～5₄发散离开光轴6，无需使用任何特殊的透镜。

因此，光束充分地彼此分离，无需使用如增加扫描镜和分离镜之间的距离，增加扫描透镜的光学放大倍数，或沿子扫描方向增大柱面透镜这样的手段。因此，成像装置具有更少的部件而变得更加简单和廉价，因为它不必增加装置尺寸，不必应用任何会导致缺陷的手段，不必增加装置生产的制造费用，或不必设计难以使用的夹具。

另外，参考图3和图4，对本发明的扫描装置更详细地加以解释。入射角θ₁～θ₄、偏离距离d₁～d₄和准直透镜f₁～f₄的焦距Fcl₁～Fcl₄与下面的公式(1)相关。

Tanθ_i＝di/Fcl₁，其中i＝1～4 (1)

另外，入射角θ₁～θ₄，在多面镜7的反射面7₁上的反射点的高度(与光轴6的距离)和柱面透镜4的焦距Fcy与下面的公式(2)相关。

tanθ_i＝hi/Fcy₁，其中i＝1～4 (2)

因此，设置下面的公式(3)

di·Fcy_i＝hi·Fcl_i，其中i＝1～4 (3)

另外，从柱面透镜4射出后，与光轴6形成的输出角δ₁～δ₄，；入射点的高度A₁～A₄(与光轴6的距离)与下面的公式(4)相关。

tanδ_i＝(Ai+hi)/Fcy_i，其中i＝1～4 (4)

因此，通过使用在反射面7₁和第一反射镜9₁～9₄之间的距离L₁～L₄，在第一反射镜9₁～9₄上的反射高度(与光轴6的距离)用下面的公式(5)表示。

Li·tanδ_i+hi (5)

另外，反射镜9₁和反射镜9₂之间的高度差D12用下面的公式(6)表示。

D12＝(L₁·tanδ₁+h₁)-(L₂·tanδ2+h₂)，其中i＝1～4(6)

另外，使用公式(3)和(4)重写公式(6)，从而得到公式(7)。

D12＝(L₁·A₁-L₂·A₂)/Fcy+(L₁·D₁-L₂·D₂)/Fcl

+(d₁-d₂)·(Fcy/Fcl) (7)

考虑到光束半径和扫描线的曲率，高度差D12可以优选为至少3mm。因此，得到不等式(8)。

D12＝(L₁·A₁-L₂·A₂)/Fcy+(L₁·D₁-L₂·D₂)/Fcl

+(d₁-d₂)·(Fcy/Fcl)≥3 (8)

另外，估计光轴12₁～12₄和光轴13₁～13₄的距离DST₁～DST₄。例如，估计DST₁是0.051mm，DST₂是0.015mm，则对柱面透镜4的入射角度θ₁和θ₂是0.24°和0.07°。

与传统的装置相似，旋转多面镜7的反射面7₁是柱面透镜4的后焦平面。另外，设置扫描透镜8使得反射面7₁与感光器11的表面共轭，以避免反射面7₁的倾斜影响。

这里，光束从柱面透镜4传播到感光器。

如已对光束5₁的解释，在本发明的光学***中，光束5₁～5₄被柱面透镜4折射。然后，它们在柱面透镜4和反射面7₁之间相交，并沿子扫描方向以预定的节距聚焦到反射面7₁上。然后，它们分散离开光轴6，入射到扫描透镜8，随后，达到反射镜9₁～9₄。

然后，仅光束9₄直接到达感光器11₄，而光束9₁～9₃被第二反射镜10₁～10₃反射，随后，10₁～10₃扫描到感光器11₁～11₃上。

因而，入射到柱面透镜4的入射角θ₁～θ₄由入射到旋转多面镜7的反射面7₁的入射高度确定。因此，以下述方式确定入射高度，使得满足入射条件。

柱面透镜4可以是：第一表面曲率R1/(79.293)；第一表面曲率/∞(平面)；最大厚度D/3；折射率Nd/(1.5168)；阿贝数υ/(64.1)；后焦距BF/(100)。另外，在图2中，光束5₄入射到柱面透镜4的入射位置可以是距光轴6为10.44mm，入射角度θ₁为0.55°。光束5₂入射到柱面透镜4的入射位置可以是距光轴6为3.50mm，入射角度θ₂为0.185°。光束5₃入射到柱面透镜4的入射位置可以是距光轴6为-3.50mm，入射角度θ₃为-0.185°。光束5₄入射到柱面透镜4的入射位置可以是距光轴6为-10.44mm，入射角度θ₄为-0.55°。在这种情况下，反射镜9₁～9₄分别设置在距反射面7₁为90mm、140mm、170mm和200mm的位置处。

在本发明的成像装置中，光束受到来自未示出的控制装置的对应于Y、C、M和B的图像信号的调制。光束通过准直透镜成为平行光，入射到柱面透镜上，聚焦到多面镜的反射面，被旋转的多面镜偏转，并以恒定的速度扫描感光器。

如已经解释的，当光束从第一反射镜射出，到达第一反射镜，仅光束9₄直接到达感光器11₄，而光束9₁～9₃被第二反射镜10₁～10₃反射，随后，10₁～10₃扫描感光器11₁～11₃，从而形成静电潜像。

然后，通过未示出的显影装置利用Y、C、M和B调色剂显影静电潜像。将调色剂形成的图像以叠印方式转印到纸上，从而输出全色图像。

如上解释，本发明的光束、准直透镜和柱面透镜的光学排列产生沿子扫描方向在旋转的多面镜上充分分离的不同的入射点。因此，在被扫描镜偏转后，光束较大地偏离本发明的光学***的光轴，由此无需使用任何特殊的大光学功率的扫描透镜。

也如上面解释的，光束被充分地彼此分离，而无需使用如增加扫描镜和分离镜之间的距离，增加扫描透镜的光学放大倍数，或沿子扫描方向增大柱面透镜这样的手段。因此，成像装置具有更少的部件而变得更加简单和廉价，因为它不必增加装置尺寸，不必应用任何会导致缺陷的手段，不必增加装置生产的成本，或不必设计任何困难的夹具。

Claims

1.一种静电彩色成像装置，其中，一单个旋转多面镜扫描多个光束以曝光多个感光器，该成像装置包括：

使所述光束平行的准直透镜；和

位于所述准直透镜和所述旋转多面镜之间的中间透镜，用于将光束聚焦到所述旋转多面镜的反射表面上，

其中：

所述光束的光源的光轴平行于所述准直透镜的轴；

所述光束的光源的所述光轴与所述准直透镜的所述轴以预定的节距分离；

所述光束沿所述感光器的子扫描方向在不同的入射位置处入射到所述中间透镜上；并且

所述光束以不同的角度入射到所述中间透镜上。

2.根据权利要求1所述的电子照相彩色成像装置，其中，所述入射位置越偏离所述中间透镜的所述光轴，所述入射角越大。

3.根据权利要求1所述的电子照相彩色成像装置，其中，进一步包括一个或多个扫描透镜，所述扫描透镜用于将被所述旋转多面镜偏转的所述光束聚焦到所述感光器上，并用于沿所述感光器的主扫描方向以恒定的速度在所述感光器上扫描。

4.根据权利要求1所述的电子照相彩色成像装置，其中，所述光束曝光所述感光器，所述感光器对应于黄色、青色、品红色和黑色的静电潜像。

5.根据权利要求1所述的电子照相成像装置，其中，所述中间透镜是单个柱面透镜。