CN1142678C - 具有级联扫描光学系统的扫描设备 - Google Patents

Abstract

一种具有级联扫描光学系统的扫描设备，包括：第一激光扫描光学系统；第二激光扫描光学系统；其中第一和第二激光扫描光学系统设置成使得第一扫描线和第二扫描线在主扫描方向上在其接触点对齐并形成一条单一的扫描线，而第一和第二扫描线相对端互相重叠一个预先确定的量；以及一种延时装置，使第一扫描线和第二扫描线在主扫描方向上在其接触点对齐并且不使第一扫描线和第二扫描线互相重叠。

Description

具有级联扫描光学系统的扫描设备

技术领域

本发明涉及一种级联扫描光学系统，此系统具有一对沿主扫描方向设置的激光扫描光学系统，这一对系统通过控制而互相同步动作从而实现宽扫描线。更具体而言，本发明涉及的是具有这样一种级联扫描光学系统的扫描设备，在该系统中一个激光扫描光学系统的多面反射镜的转动与另一激光扫描光学系统的多面反射镜的转动同步以便防止由一对激光扫描光学系统分别生成的扫描线对在主扫描方向上互相错位。

背景技术

具有多个沿主扫描方向设置的激光扫描光学系统以实现宽扫描线的级联扫描光学系统已为业界所公知。此种扫描光学系统披露于1986年1月20日出版的日本公开专利No.61-11720中。该专利文献中披露一种具有一对激光扫描光学系统的级联扫描光学系统，其中的一对激光扫描光学系统各有一个激光束发射器、一个用作偏转装置的多面反射镜、一个fθ透镜等等。这一对激光扫描光学系统通过同步驱动而分别向光导电鼓的光导电面(扫描平面)上的一条平行于光导电鼓的轴向方向的公共线发射激光束。这一对扫描激光束分别扫描光导电面上的两个邻接区域以便在宽的区域内在主扫描方向上扫描光导电鼓的光导电面。

在此种级联扫描光学系统中有一个根本的问题需要克服。就是如何才能使级联扫描光学系统的一个激光扫描光学系统所发射的扫描激光束在光导电鼓上产生的扫描线准确地与级联扫描光学系统的另一个激光扫描光学系统所发射的扫描激光束在光导电鼓上产生的另一条扫描线对齐，以使两条扫描线在主扫描方向上既不会分开也不会重叠，也就是要利用两条单独的扫描线形成一条连续的扫描直线。

发明内容

本发明的首要目的是提供一种具有级联扫描光学系统的扫描设备，在该系统中一对激光扫描光学系统中的一个所发射的扫描激光束产生的扫描线与另一激光扫描光学系统所产生另一扫描线可以避免在扫描面的主扫描方向上互相错位。

为了达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种具有级联扫描光学系统的扫描设备，包括：第一激光扫描光学系统，用于偏转第一扫描激光束以使其扫描扫描面以生成第一扫描线；第二激光扫描光学系统，用于偏转第二扫描激光束以使其扫描扫描面以生成第二扫描线，其中第一和第二激光扫描光学系统的设置使得第一扫描线和第二扫描线在主扫描方向上对齐并形成一条单一的扫描线，而第一和第二扫描线相对端互相重叠一个预先确定的量；以及一种延时装置，用于使由第二激光扫描光学系统产生的每一条扫描线写入的开始相对由第一激光扫描光学系统产生的每一条扫描线写入的开始延时以便使第一扫描线和第二扫描线在主扫描方向上在其接触点对齐并且不使第一扫描线和第二扫描线互相重叠。

最好是此扫描设备还包括用于存储时间间隔的存储器，其中的延时装置使由第二激光扫描光学系统产生的每一条扫描线写入的开始相对由第一激光扫描光学系统产生的每一条扫描线写入的开始延时一个时间间隔。

最好是此扫描设备还包括：用于在固定位置检测第一扫描激光束的第一激光束检测器；和用于在固定位置检测第二扫描激光束的第二激光束检测器，其中时间间隔是根据第二和第二激光束检测器的检测时间确定的。

最好是第一激光扫描光学系统包括用于偏转第一扫描激光束的第一多面反射镜使其扫描扫描面的一部分以生成第一扫描线，而同时第二激光扫描光学系统包括用于偏转第二扫描激光束的第二多面反射镜使其扫描扫描面的另一部分以生成第二扫描线，并且第一和第二多面反射镜在相反的转动方向上转动以使第一和第二扫描激光束分别从扫描面接近中央处开始在相反方向上向着扫描面相对的两端扫描此扫描面的一部分和另一部分。

最好是第一激光束检测器在第一扫描激光束扫描该扫描面的一部分之前检测第一扫描激光束，而第二激光束检测器在第二扫描激光束扫描该扫描面的另一部分之前检测第二扫描激光束。

最好是此扫描设备还包括用于控制第一和第二扫描激光束发射的处理器，而延时装置包括延时电路，而第一激光束检测器直接连接到此处理器，而第二激光束检测器通过该延时电路连接到此处理器。

最好是第一激光束检测器位于第一扫描激光束为形成第一扫描线而通过的第一光路的外边，而第二激光束检测器位于第二扫描激光束为形成第二扫描线而通过的第二光路的外边。

最好是级联扫描光学系统还包括一个鼓，在此鼓的周边有扫描面。

最好是第一和第二激光扫描光学系统由同样的光学零件组成。

最好是第一和第二激光扫描光学系统是对称设置的。

附图说明

下面参考附图对本发明详细描述，其中：

图1是应用本发明的级联扫描光学系统实施例的透视图，其中示出的只是其基本零件；

图2是用于控制图1所示的级联扫描光学系统的线路的实施例的框图；

图3是示出准备结合以形成扫描直线的扫描线对的相对端在执行调节操作之前在扫描线对连接位置附近时的情况的说明图；

图4是示出准备结合以形成扫描直线的扫描线对的相对端在执行调节操作之后在扫描线对连接位置附近时的情况的说明图。

具体实施方式

图1示出用于扫描激光束打印机(扫描设备)的光导电鼓(转动部件)10的光导电面的级联扫描光学系统的一个实施例。这一级联扫描光学系统具备一对激光扫描光学系统，即一个第一扫描光学系统20A和第二扫描光学系统20B。第一和第二扫描光学系统20A和20B每个都设计成为非远心系统，所以由第一和第二扫描光学系统20A和20B的每一个所发射的扫描激光束相对鼓10的光导电面的入射角根据扫描激光束扫描光点在光导电面上的主扫描方向上的位置的变化而改变。第一和第二扫描光学系统20A和20B具有同样的光学零件，即第一扫描光学系统20A具有激光准直单元21A作为激光束发生器、圆柱透镜23A、多面反射镜(扫描激光束偏转器)24A、fθ透镜组25A、辅助透镜26A及镜27A，而第二扫描光学系统20B具有激光准直单元21B作为激光束发射器、圆柱透镜23B、多面反射镜(扫描激光束偏转器)24B、fθ透镜组25B、辅助透镜26B及镜子27B。从图1可以看出，每个fθ透镜组25A和25B由两个透镜零件组成。第一和第二扫描光学系统20A和20B在平行于鼓10的轴向方向上并排设置并由一公共机壳35的内平面支持。

激光准直单元21A和21B完全相同。激光准直单元21A和21B中每个都具有一个激光二极管LD和用于使激光二极管发射的激光束准直的准直透镜组(未示出)。在第一和第二扫描光学系统20A和20B的每一个中，由激光二极管LD发射的激光束通过准直透镜组准直。之后，此准直激光束入射到位于相应激光准直单元21A或21B前方的圆柱透镜23A或23B上。每个圆柱透镜23A或23B在子扫描方向具有一光焦度，所以入射到圆柱透镜上的激光束通过此透镜在要投射到相应多面反射镜24A或24B的方向上聚焦。每个多面反射镜24A和24B都转动，因而入射到其上的激光束在主扫描方向上偏转并分别通过fθ透镜组25A和25B以及辅助透镜26A和26B射向镜子27A和27B。其后，入射到镜子27A和27B上的激光束由其反射到光导电鼓10上并在主扫描方向上对之扫描。

每个辅助透镜26A和26B都主要在子扫描方向上具有一光焦度。为了减小分级扫描光学系统的大小，可以去掉辅助透镜26A和26B。在这种情况下，fθ透镜组25A和25B的设计须要改变使之分别具有与原来的fθ透镜组25A和25B和辅助透镜26A和26B的合成光焦度相等的光焦度。

多面反射镜24A沿顺时针方向转动，而多面反射镜24B沿逆时针方向转动，按图2所示。即多面反射镜24A或24B沿相对方向转动以便从其接近中央处在相对方向上向其各自的相对的端部扫描鼓10的光导电面。镜子28A固定设置在机壳35上，其位置使之能够在多面反射镜24A转动时每次扫描的扫描激光束通过辅助透镜26A入射到鼓10的光导电面之前接收到由fθ透镜组25A所发射的扫描激光束。由镜子28A反射的激光束入射到固定设置在机壳35上与镜子28A相对位置的激光偏转器(BD)29A上。与此类似，镜子28B固定设置在机壳35上，其位置使之能够在多面反射镜24B转动时每次扫描的扫描激光束通过辅助透镜26B入射到鼓10的光导电面之前接收到由fθ透镜组25B所发射的扫描激光束。由镜子28B反射的激光束入射到固定设置在机壳35上与镜子28B相对位置的激光偏转器(BD)29B上。

每个激光准直单元21A和21B的激光二极管LD都由一处理器90(见图2)根据给定的图像数据使激光发射通断而在鼓10的光导电面上写入相应的图像(电荷潜像)，并在其后根据通常的电子照相法将这一画在鼓10的光导电面上的图像转移到普通纸上。输入到上述处理器中的图像数据可以是由计算机(未示出)提供的。利用激光束检测器29A和29B对多面反射镜24A和24B进行同步控制以使在鼓10的光导电面上，由多面反射镜24A和24B所偏转的扫描激光束的各光点在主扫描方向上从接近中央处向相对方向互相分开运动而在鼓10的光导电面上形成一条宽扫描线(由扫描线对构成)。借助与多面反射镜24A和24B中每一个的转动运动同步的光导电鼓10的转动运动，在鼓10的光导电面上可以写入一系列的宽扫描线，从而在鼓10的光导电面上得到一定的图像(电荷潜像)。

图2示出用于控制本发明的级联扫描光学系统的控制器的整体结构。第一和第二多面反射镜24A和24B分别由第一和第二电动机单元55A和55B转动。当第一和第二电动机单元55A和55B在电源开关接通而开始动作时，对电动机单元55A和55B每一个进行控制，即利用由接受时钟脉冲发生器5上发出的时钟脉冲的分频器53发出的共同时钟脉冲输出使之转动。分频器53利用预先确定的固定值对从时钟脉冲发生器51接收的输入脉冲进行分频以将形成的脉冲频率示出到电动机单元55A和55B。在电动机单元55A和55B每一个的转动都进入稳定状态并且PLL(锁相环)已经开始之后，第二多面反射镜24B的转速，即第二电动机单元55B的转速，根据由第二激光束检测器29B输出的信号进行控制，这一信号是每当第一激光束检测器29A检测到由第一多面反射镜24A发射出的激光束时输出的。每个电动机单元55A、55B中都装设有驱动轴上固定有相应的多面反射镜24A和24B的电动机。

第一激光束检测器29A在第一激光束检测器29A检测到扫描激光束时输出一个脉冲到第一相位检测电路57A和相差检测器59两者。第二激光束检测器29B在第二激光束检测器29B检测到扫描激光束时输出一个脉冲到第二相位检测电路57B、相差检测器59和延迟电路(延时电路)81。相差检测器59根据从第一和第二激光束检测器29A和29B输入的信号确定由第一激光束检测器29A输出的信号相位和由第二激光束检测器29B输出的信号相位之间的相差而向LPF(低通滤波器)61和“与”门69两者各输出一相差表示电压。此处所用的术语“相差表示电压”指的是表示相差量值的电压。在由第二激光束检测器29B输出的信号相位是在由第一激光束检测器29A输出的信号相位之后时，相差检测器59输出一正的相差表示电压。反之，在由第二激光束检测器29B输出的信号相位是在由第一激光束检测器29A输出的信号相位之前时，相差检测器59输出一负的相差表示电压。

在输入由相差检测器59输出的相差表示电压之后，LPF 61将相差表示电压转换为与相差表示电压的量值相应的直流电压。之后，LPF61将直流电压输出到VCO(电压控制振荡器)63。VCO 63根据从LPF61输入的直流电压改变其输出的时钟脉冲频率。在此具体实施例中，当由LPF 61输入的电压是高电压时，VCO 63输出高频脉冲到多路调制器67；而当由LPF 61输入的电压是低电压时，VCO 63输出低频脉冲到多路调制器67。多路调制器67根据由VCO 63输入的时钟脉冲调节由分频器53输入的时钟脉冲以输出经过调节的时钟脉冲到第二电动机单元55B。因此，在从第二激光束检测器29B输出的信号相位在第一激光束检测器29A的之后时，第二电动机单元55B的转速增加。反之，在从第二激光束检测器29B输出的信号相位在第一激光束检测器29A的之前时，第二电动机单元55B的转速减小。

第二电动机单元55B的转速随着从VCO 63输出的时钟脉冲的频率变化而改变，结果从第二激光束检测器29B输出的信号相位相对第二激光束检测器29A的发生改变。在扫描设备的本实施例中，第二电动机单元55B的转速受到调节以使第一激光束检测器29A的检测时间和第二激光束检测器29B的检测时间同步，即使从第一激光束检测器29A输出的信号相位和第二激光束检测器29B的同步。结果，第二多面反射镜24B的转动相位与第一多面反射镜24A的转动相位重合。

由第一激光束检测器29A输出的信号作为水平同步脉冲HSYNC 1直接输入到处理器90。由第二激光束检测器29B输出的信号作为水平同步脉冲HSYNC 2通过延迟电路81输入到处理器90。从第一和第二激光束检测器29A和29B输出的信号作为开始写入主扫描数据的动作参考信号，即写入每一主扫描线的动作参考信号。也就是说，根据接收到从第一和第二激光束检测器29A和29B每一个输出的信号的时间，处理器90就动作以进行一次扫描(即在鼓10上写入一条在主扫描方向上延伸的水平线)。

延迟电路81输入预存于存储器79中的延时数据并使由其输出的信号相对由第二激光束检测器29B输入的信号延迟一个在延时数据中指定的时间间隔(延时)，结果由于延时电路81的作用使得由第二扫描光学系统20B所产生的每一条扫描线的写入的开始相对由第一扫描光学系统20A所产生的每一条扫描线的写入的开始延迟一个上述的在延时数据中指定的时间间隔。于是，借助延迟电路81可在主扫描方向上对由第二扫描光学系统20B在鼓10的光导电面上的每一条扫描线的写入开始位置(下称“第二开始位置”)相对由第一扫描光学系统20A的每一条扫描线的写入开始位置(下称“第一开始位置”)进行调节。上述的指定时间间隔随存储于存储器79中的延时数据而变。也可使用一EEPROM、阻值可变旋转开关等等作为存储器79。

下面参考图3和4进一步讨论本扫描设备的此实施例。图3和4每一个都示出由第一和第二扫描光学系统20A和20B的扫描激光束对在鼓10的光导电面上产生的光点。

阴影光点表示由第一扫描光学系统20A产生的光点，而无阴影光点表示第二扫描光学系统20B产生的光点。阴影光点30A是第一开始位置的光点，而无阴影光点30B是第二开始位置的光点。在此实施例中，第二开始位置(即光点30B的位置)在主扫描方向上相对第一开始位置(即光点30A的位置)进行调节。因而光点30A的位置被作为固定参考位置用于调节光点30B相对此参考位置的位置。为了实现此种调节，第一和第二扫描光学系统和光导电鼓10设置成为使要在主扫描方向上对齐的扫描线对如图中31所示地互相有一定程度的重叠，其条件是由第一扫描光学系统20A产生的每一条扫描线的写入的开始基本上与由第二扫描光学系统20B产生的每一条扫描线的写入的开始重合，也即其条件是在相对第一开始位置调节第二开始位置的调节操作执行之前。在图3中“L”代表扫描线对相对端之间重叠的初始量。在图3和4中第一开始位置用垂直虚线31表示，于是在此具体实施例中由图3可以看到第二开始位置被有意识地事先在主扫描方向上向左移动了，如图3中所见到的那样，结果扫描线对的相对端互相重叠一个重叠量L。

在扫描设备的本实施例中相对第一开始位置对第二开始位置进行的调节操作开始于图3中所示的状态。这一调节操作最好是在制造过程中完成。首先，重叠初始量L的测量是通过确定第一和第二开始位置的每一个在鼓10的扫描面上的地点进行。在测得此重叠量之后，为了使无阴影光点30B在主扫描方向上移离阴影光点区(即在图3中向右方移动)以便使重叠量L减小一等于，比如，由第二扫描光学系统20B产生的光点的八分之一的距离，要把由第二扫描光学系统20B产生的每一条扫描线的写入的开始相对由第一扫描光学系统20A产生的每一条扫描线的写入的开始预定要延迟的该指定时间间隔首先存入存储器79作为延时数据。因此，延迟电路81可使由第二扫描光学系统20B产生的后续扫描线的写入的开始延迟一指定的时间间隔。

之后，再一次通过确定鼓10的光导电面上的第一和第二开始位置的地点来测定扫描线对的重叠量以便判断扫描线对的相对端是否还互相重叠。在扫描线对的相对端仍然互相重叠时，则为了使无阴影光点30B进一步在主扫描方向上移离阴影光点区以使重叠量减小一上述的距离，要把由第二扫描光学系统20B产生的每一条扫描线的写入的开始预定要延迟的另一指定时间间隔存入存储器79作为延时数据。此同一操作反复进行直到扫描线对相对端的重叠量变成零，即直到图4所示出的条件得到满足。在扫描线对相对端的重叠量变成零之后，存储于存储器79中的最新的延时数据就继续被用来写入由第二扫描光学系统20B产生的后续扫描线。也即在存储器79中存储的最新延时数据以后不再改变。由上所述可以了解在调节操作中，无阴影光点30B是一步步地由阴影光点30A向减小重叠量方向移动，直到重叠量变成零。由于这一操作，第一开始位置与第二开始位置可以做到恰当邻接，如图4所示。

在本实施例中，上述的指定时间间隔相当于使无阴影光点30B在主扫描方向上移离阴影光点30A一等于由第二扫描光学系统20B产生的扫描光点的直径的八分之一的距离，所以存储于存储器79中的延时数据在扫描线对的相对端之间的重叠量超过由第二扫描光学系统20B产生的扫描光点的直径的八分之一之际必须至少更新一次。然而，在本实施例中，可确定上述的指定时间间隔而擦掉过去的扫描线对相对端之间的重叠初始量。

在本实施例中，重叠初始量L可利用一个CCD(电荷耦合器件)摄像机(未示出)来取得阴影光点30A和无阴影光点30B的相应图像以确定作鼓10的光导电面上的各个第一和第二开始位置。在测得重叠初始量L时，可控制第一和第二扫描光学系统20A和20B中的每一个发射相应的扫描激光束而在光导电鼓10上只形成阴影光点30A和无阴影光点30B。这些光点，30A和30B，通过CCD摄像机以可视方式显示于电视监视器等之上以测量重叠初始量L。

从上述可知，根据此扫描设备的实施例，第一和第二扫描光学系统20A和20B的设置可使得只有在由第一扫描光学系统20A产生的每一条扫描线的写入的开始基本上与由第二扫描光学系统20B产生的每一条扫描线的写入的开始重合时出现重叠初始量；用于延迟电路81的延时数据可适当调节而消除重叠量L；经过调节的延时数据存储于存储器79；并且其后延迟电路81借助此存储于存储器79中的延时数据而动作，从而第一开始位置可以做到与第二开始位置31恰当邻接，如图4所示，结果扫描线对在主扫描方向上既不互相分开也不互相重叠。

对上面所描述的本发明的具体实施例可以做出在本发明的精神和范围之内的明显的改变。这里所包含的全部内容是说明性的并且不对本发明的范围构成任何限制。

Claims (7)

1.一种具有级联扫描光学系统的扫描设备，包括：

用于偏转第一扫描激光束以扫描扫描面的一部分，从而生成第一扫描线的包括第一多边形反射镜的第一激光扫描光学系统；

用于偏转第二扫描激光束以扫描上述扫描面的另一部分，从而生成第二扫描线的包括第二多边形反射镜的第二激光扫描光学系统，

其中所述第一和第二多边形反射镜，沿相反的旋转方向旋转，使得所述第一和第二扫描激光束，分别从所述扫描面的中心附近，沿相反方向，分别向所述扫描面的相反端，扫描所述扫描面的所述部分和所述另一部分；以及

其中安排所述第一激光扫描光学系统和所述第二激光扫描光学系统，以便使所述第一扫描线与所述第二扫描线在主扫描方向上对齐，形成一条单一的扫描线，且所述第一扫描线和所述第二扫描线的相对端互相重叠一预定量；

用于存储时间间隔的存储器；

用于在固定位置上检测所述第一扫描激光束的第一激光束检测器；

用于在固定位置上检测所述第二扫描激光束的第二激光束检测器，

其中所述第一扫描光学系统扫描线的写入开始位置，由在所述第一扫描激光束检测器上的所述第一扫描激光束的检测时间确定，而所述第二扫描光学系统扫描线的写入开始位置，则根据所述第二扫描激光束检测器上的所述第二扫描激光束的检测时间，由所述存储器存储的所述时间间隔决定的时间延时确定；

一个用于开始写入所述第二激光扫描光学系统产生的每一条扫描线的装置，开始写入的方式是，由所述第二激光扫描光学系统产生的每一条扫描线的所述写入，相对于所述第一激光扫描光学系统产生的每一条对应的扫描线，延时所述存储器中存储的所述时间间隔，以便使所述第一扫描线与所述第二扫描线，在所述主扫描方向中它们之间的接触点上对齐，又不使所述第一扫描线和所述第二扫描线互相重叠。

2.根据权利要求1的扫描设备，其中所述第一激光束检测器在所述第一扫描激光束扫描所述扫描面的所述一部分之前检测所述第一扫描激光束，并且

所述第二激光束检测器在所述第二扫描激光束扫描所述扫描面的所述另一部分之前检测所述第二扫描激光束。

3.根据权利要求1的扫描设备，还包括用于控制所述第一和第二扫描激光束发射的处理器，

其中所述延时装置包括延时电路，

其中所述第一激光束检测器直接连接到所述处理器，并且

其中所述第二激光束检测器通过所述延时电路连接到所述处理器。

4.根据权利要求1的扫描设备，其中所述第一激光束检测器位于所述第一扫描激光束为形成所述第一扫描线而通过的第一光路的外边，而所述第二激光束检测器位于所述第二扫描激光束为形成所述第二扫描线而通过的第二光路的外边。

5.根据权利要求1的扫描设备，还包括一个鼓，在所述鼓的周边有所述扫描面。

6.根据权利要求1的扫描设备，其中所述第一和第二激光扫描光学系统由同样的光学零件组成。

7.根据权利要求1的扫描设备，其中所述第一和第二激光扫描光学系统是对称设置的。

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