CN1187949C - 多光束扫描装置 - Google Patents

Abstract

一种多光束扫描装置包括发射多激光束的多光束半导体激光器，保持多光束半导体激光器的激光器保持器，具有多光束半导体激光器和激光器保持器的多光束光源单元，用于扫描由多光束半导体激光器发射的多激光束以便在被扫描的表面形成图象的扫描成象装置，以及支撑扫描成象装置及多光束光源单元的外壳。多光束半导体激光器以近似于预定的旋转角度的倾角固定到激光器保持器上，以便调节多个激光束之间的光束间隔。

Description

多光束扫描装置

技术领域

本发明涉及用于激光束打印机、数字复印机等的多光束扫描装置。

背景技术

近年来，使用多激光束同时写出多行的多光束扫描装置正在诸如激光束打印机等电子照相装置中发展。

多光束扫描装置同时使多个彼此分离的激光束扫描。如图1所示，在多光束扫描装置中，作为用于多光束光源单元的光源的多光束半导体激光器111发出两个激光束P₁和P₂。激光束P₁和P₂由准直器透镜112准直，通过圆柱透镜102照射旋转多边形透镜103的反射面103a，并通过成象透镜104在旋转鼓105上的感光部件上形成图象。

两个激光束P₁和P₂入射到在主扫描方向中被扫描的旋转多边形反光镜103的反射面103a上，并与由旋转多边形反光镜103的旋转进行的主扫描及由旋转鼓105旋转进行的次扫描，在感光部件上形成静电潜象。

圆柱形透镜102使激光束P₁和P₂在旋转多边形反光镜103的反射面103a上线性聚焦。圆柱形透镜102具有防止按以上方式在感光部件上形成的点图象，由于旋转多边形反光镜103表面的倾斜而畸变的功能。成象透镜104由球面透镜和复曲面透镜构成。成象透镜104类似于圆柱形透镜102，具有防止在感光部件上的点图象畸变的功能，及以固定的速度在主扫描方向上在感光部件上扫描点图象的校正功能。

两个激光束P₁和P₂分别由在主扫描面(x-y平面)末端的检测反光镜106分开，被导向与主扫描面相对侧上的感光器107，并在控制器(未示出)中转换为写开始信号被传送到多光束半导体激光器111。多光束半导体激光器111接收写开始信号以开始两个激光束P₁和P₂的写调制。

通过调节两个激光束P₁和P₂的写调制定时，控制在旋转鼓105上的感光部件上形成的静电潜象写开始(写)位置。

圆柱形透镜102、旋转多边形反光镜103、成象透镜104等等安装在光学盒子108的底壁上。在各光学部件安装到光学盒子108中之后，光学盒子108的上部开口以盖子(未示出)封闭。

如上所述，多光束半导体激光器111同时发射激光束P₁和P₂。多光束半导体激光器111通过激光器保持器111a与装有准直器透镜112的透镜筒112a结合在一起，且结合的单元与激光驱动电路板113一同安装在光学盒子108的侧壁108a上。

在安装多光束光源单元101时，把保持多光束半导体激光器111的激光器保持器111a插入到光学盒子108的侧壁108a中形成的开口108b。使激光器保持器111a适配在准直器透镜112的透镜筒112a中，调节准直器透镜112的聚焦点和光轴，透镜筒112a附着在激光器保持器111a上。如图2A所示，使激光器保持器111a通过预定的角度θ旋转以调节连接激光束P₁和P₂的发射点的直线，即激光器阵列N的倾角。更具体来说，如图2B所示，调节由多光束半导体激光器111发射的激光束P₁和P₂之间光束间隔，使在主扫描方向上旋转鼓105上成象点A₁和A₂之间的间隔S，及间距，即次扫描方向上的行距T与设计值一致。在这样调节之后，激光器保持器111a以螺栓等固定到光学盒子108的侧壁108a。

然而在现有技术中，当多光束光源单元要固定到光学盒子上时，整个的多光束光源单元与激光驱动电路板一同旋转预定的角度θ，从而获得行距T。为了实现这一点，必须在光学盒子之外准备为旋转大面积的激光驱动电路板足够的空间，这就妨碍了整个装置缩小体积。

而且，调节行距T的允差值严格限制在几μm或更小。如果把多光束光源单元组装到光学盒子上的角度调节范围宽，则在短时间内完成高精度调节是困难的。故不能以高的工作效率和高的可靠性组装多光束光源单元。

发明内容

本发明的目的是为了消除传统的缺陷，并以提供能够降低尺寸并允许在短时间内以高精度调节光束间隔的多光束扫描装置为其目标。

为了达到以上目的，根据本发明，提供了一种多光束扫描装置，该装置包括：光源单元，包括多光束半导体激光器和用于驱动所述激光器的激光器驱动电路板，所述激光器包括具有多个用于发射激光束的发射点的激光器芯片，以及用于向激光器芯片提供能量的激励终端，所述激光器驱动电路板连接到所述激光器的激励终端，并具有纵向的边缘；用于利用由所述光源单元发射的激光束扫描一个待扫描的表面的扫描装置；以及具有一个侧壁的外壳，所述外壳包含着所述扫描装置，并将所述光源单元支撑到侧壁上，其中，所述激光器的激励终端固定到所述激光器驱动电路板上，使得经过所述激光器的多个发射点的一条直线相对于所述激光器驱动电路板的纵向边缘倾斜，设置所述激光器驱动电路板使其纵向边缘平行于所述外壳的侧壁的纵向边缘。

在该多光束扫描装置中，多光束半导体激光器最好使激光器阵列以对于激光器保持器的基准面的倾角固定。

多光束半导体激光器最好有多个对准的发射点。

多光束半导体激光器最好有多个二维排布的发射点。

激光器保持器最好与保持准直器透镜的透镜筒结合在一起。

在多光束半导体激光器固定到激光器保持器上之后在外壳中安装激光器保持器时，使整个多光束光源单元倾斜(旋转)以调节光束间隔。然而在这一结构中，角度的调节难以精确地进行，并要耗费很长时间。此外，需要额外的空间使安装在多光束光源单元上的大面积的激光器驱动电路板倾斜。为了避免这种情形，在把多光束半导体激光器组装到激光器保持器上的单元组装步骤中，使多光束半导体激光器旋转(倾斜)必要的角度，以便调节光束间隔或角度逼近必须的角度。在这一状态中，把多光束半导体激光器固定到激光器保持器上成为一个单元。

在外壳内安装多光束光源单元时，整个多光束光源单元旋转一小的角度以便最后调节由组件精度等引起的小的误差。的角度以便最后调节由组件精度等引起的小的误差。

由于在外壳中安装多光束光源单元时最后角度的调节是在小的角度范围内进行的，故能够以高精度迅速调节该角度。

由于不需要使大面积激光器驱动电路板作很大倾斜，故能够降低整个的装置尺寸。

作出本发明是为了消除传统的缺陷，并以提供一种低成本、高性能的多光束扫描装置为目的，该装置借助于这一结构能够易于保证多光束光源单元的安装就位精度，能够改进多光束行距的调节精度，能够有效安装多光束光源单元，以及在安装时不产生任何误差而能够保持图象的高质量。

为了达到以上目的，根据本发明，提供了一种多光束扫描装置，该装置包括具有多光束半导体激光器和保持多光束半导体激光器的激光器保持器的多光束光源单元，用于扫描由多光束半导体激光器发射的多激光束以便在被扫描的表面形成图象的扫描成象装置，支撑扫描成象装置及多光束光源单元的外壳，以及用于在调节了多光束光源单元的旋转角度之后，把多光束光源单元固定到外壳上的固定装置，该固定装置具有多个固定部分，其中多光束光源单元的旋转中心和多光束半导体激光器的多个发射点，位于连接多个固定部分的两个的直线上或由连接所有多个固定部分的直线定义的平面区域上。

该固定装置最好具有至少三个固定部分。

该固定装置最好具有由螺栓紧固的固定部分。

该固定装置最好具有以胶粘剂胶粘的固定部分。

多光束半导体激光器最好具有多个对准的发射点。

多光束半导体激光器最好具有多个二维排布的发射点。

激光器保持器最好与保持准直器透镜的透镜筒结合在一起。

在外壳中安装多光束半导体激光器时，使整个的多光束光源单元旋转以便调节行距。因而要紧固螺栓等以便把多光束光源单元固定到外壳上。

设置了由螺栓等实现的固定部分。激光束的发射点和多光束光源单元的旋转中心，位于连接两个固定部分的直线上，或者位于由连接所有固定部分的直线定义的平面区域上。因而，多光束光源单元能够非常牢靠稳固地固定到外壳上。

因而在多光束光源单元固定到外壳上之后，在多光束光源单元中不会发生由于振动等的旋转移动。

不会发生诸如由于在螺栓紧固操作期间自由行进引起的多光束光源单元的旋转角度的移动等。这样，能够改进装配的效率和精度。

附图说明

图1是表示传统的多光束扫描装置的简化平面图；

图2A和2B是用来解释图1中的多光束扫描装置的行距调节的视图；

图3是表示根据本发明的多光束扫描装置的简化平面图；

图4是表示图3中的装置的多光束半导体激光器中多光束光源单元第一实施例放大的透视图；

图5A和5B是用来说明行距调节的视图；

图6是表示暂时固定到光学盒子上的激光器保持器的透视图；

图7用来解释末行距调节的视图；

图8是表示多光束光源单元的第二实施例的简化视图；

图9是表示图8中的多光束半导体激光器连同激光器驱动电路板的简化视图；

图10是表示多光束光源单元的第三实施例的简化视图；

图11A和11B是表示多光束光源单元的第四实施例的视图，其中图11A是表示三个固定部分的布置的平面图，而图11B是表示固定部分的剖视图；以及

图12是表示多光束光源单元的第五实施例的简化视图。

具体实施方式

以下将参照附图说明本发明的实施例。

图3表示根据本发明的一个多光束扫描装置。在这多光束扫描装置中，作为多光束光源单元1的光源的多光束半导体激光器11发射两个激光束P₁和P₂。激光束P₁和P₂由准直透镜12准直，通过圆柱透镜2照射旋转多边形反光镜3的反射面3a，并通过成象透镜4在作为被扫描的面的旋转鼓5上的感光部件上形成图象，成象透镜4与旋转多边形反光镜3一同构成扫描成象装置。

两个激光束P₁和P₂入射到在主扫描方向上被扫描的旋转多边形反光镜3的反射面3a上，并随通过旋转多边形反光镜3的旋转而进行的主扫描及通过旋转鼓5的旋转进行的次扫描，在感光部件上形成静电潜象。

圆柱透镜2使激光束P₁和P₂在旋转多边形反光镜3的反射面3a上线性聚焦。圆柱透镜2有这样的功能，即能够防止按以上方式在感光部件上形成的点图象由于旋转多边形透镜3的表面倾斜而被畸变。成象透镜4是由球面透镜和复曲面透镜构成的。类似于圆柱透镜2，成象透镜4有防止感光部件上的点图象畸变的功能，以及对以固定速度在主扫描方向中在感光部件上扫描点图象的校正功能。

两个激光束P₁和P₂分别由在主扫描面(x-y平面)末端的检测反光镜6分开，被导向与主扫描面相对侧上的感光器7，并在控制器(未示出)中转换为写开始信号，被传送到多光束半导体激光器11。多光束半导体激光器11接收写开始信号以开始两个激光束P₁和P₂的写调制。

通过调节两个激光束P₁和P₂的写调制定时，控制在旋转鼓5上的感光部件上形成的静电潜象写开始(写)位置。

圆柱形透镜2、旋转多边形反光镜3、成象透镜4等等安装在作为外壳的光学盒子8的底壁上。在各光学部件安装到光学盒子8中之后，光学盒子8的上部开口以盖子(未示出)封闭。

如上所述，多光束半导体激光器11同时发射激光束P₁和P₂。多光束半导体激光器11通过激光器保持器11a与装有准直器透镜12的透镜筒12a结合在一起，且结合的单元与激光驱动电路板13一同安装在光学盒子8的侧壁8a上。

在安装多光束光源单元1时，把保持多光束半导体激光器11的激光器保持器11a插入到光学盒子8的侧壁8a中形成的开口8b。使激光器保持器11a适配在准直器透镜12的透镜筒12a中，进行诸如准直器透镜12的聚焦调节和光轴调节这样的三维调节，并使透镜筒12a附着在激光器保持器11a上。

如图4所示，多光束半导体激光器11包括固定到与底座21集成的基座21a上的激光器芯片22，用于监视从激光器芯片22上的两个发射点22a和22b发射的激光束的发射量的光敏二极管23，及用于激励激光器芯片22等激励终端24。激光器芯片22等由盖罩25遮盖。

在激光器保持器11a中安装多光束半导体激光器11的单元组装步骤中，如图5A所示，多光束半导体激光器11旋转预定的转角θ，或对于激光器保持器11a的基准面V逼近角度θ的角度，从而事先调节直线，即连接激光束P₁和P₂的发射点的激光器阵列的倾角(图5A中的方向N表示激光器阵列中发射点的排列方向)。更具体来说，调节由多光束半导体激光器11发射的激光束P₁和P₂之间的光束间距，使在主扫描方向上在旋转鼓5上成象点A₁和A₂之间的间距S，以及间距，即次扫描方向上的行间隔T与事先的设计值一致(见图5B)。在这一调节之后，多光束半导体激光器11固定到激光器保持器11a上而获得单元。

如上所述，在准直透镜12的透镜筒12a粘附在激光器保持器11a上之后，如图6所示，激光器保持器11a暂时以适配在激光器保持器11a的插口中的螺栓11b固定到光学盒子8的侧壁8a上。在发射激光束P₁和P₂时，激光器保持器11a旋转一个小的角度Δθ以便最后调节行间距T，以便补偿每一装置组件的精度和多光束半导体激光器11本身适配部分的误差。实际上，如图7中虚线所示，这一调节是在激光器驱动电路板13安装到激光器保持器11a上之后进行的。在最后调节时，紧固螺栓11b以便把激光器保持器11a固定到光学盒子8上。

旋转鼓上的行间隔T必须以亚微米级精度调节。在第一实施例中，当多光束半导体激光器安装在激光器保持器中时，粗略地把激光器阵列N调节到或近似调节到预定的倾角θ。当激光器保持器与激光器驱动电路板一同安装在光学盒子时，最后轻微调节该角度以校正组装误差等。因而，最后的行间隔调精度是非常高的，并且与传统的在光学盒子上宽范围角度调节比较，调节的时间能够大大缩短。此外，大面积的激光器驱动电路板无需在光学盒子之外旋转，且能够降低装置的尺寸。

结果，这一实施例能够实现小尺寸、高精度低组装成本的多光束扫描装置。

注意，本实施例使用带有两个发射点的激光器芯片。然而，发射点的数目，即激光束能够任意改变。激光器驱动电路板、透镜筒等的组装过程也可任意改变。激光器保持器可不仅使用诸如螺栓这样的紧固装置固定到光学盒子上，而且还可通过诸如粘贴等另外的方法固定。

图8示出多光束光源单元的第二实施例。这一多光束光源单元使用了盘状激光器保持器31a，而不是以基准面V作为端面的矩形激光器保持器11a。这种情形下，在激光器保持器31a的周围部分凹陷部分31b处定义在激光器保持器31a中安装多光束半导体激光器31时带有转角θ的基准面U。

如图9所示，激光器驱动电路板33安装在激光器保持器31a上，使得上端面33a作为对光学盒子(未示出)的安装基准。

其每一上面多个发射点排列整齐的边缘型多光束半导体激光器11和31，可由具有面发射型激光器芯片42的多光束半导体激光器41代替，如图10所示，其上多发射点42a到42d是二维排列的。这一对光束半导体激光器41优点是能够降低光学畸变，因为能够使所有的发射点接近准直器透镜的光轴。在盘状激光器保持器41a中形成定位孔41b，作为用来调节转角θ供调节光束间隔T₁到T₃的定位基准。

面发射型激光器能够增加发射点定位的自由度，便于安装允差的分布。

如上所述，在本发明的多光束扫描装置中，由多光束半导体激光器11发射的两个激光束P₁和P₂是由光学盒子8内的旋转多边形反光镜扫描的，并通过成象透镜在旋转鼓上的感光部件上形成图象。为了调节感光部件上的行间隔T等，当多光束半导体激光器11要安装到激光器保持器11a中时，使多光束半导体激光器11旋转，以便使激光器阵列N倾斜预定的倾角θ。然后，把多光束半导体激光器11旋固定到激光器保持器11a上。在光学盒子8中安装多光束光源单元1时，只需使整个的多光束光源单元1稍微倾斜，以补偿组件的精度等。

以这样的结构，本发明显示了以下的效果。

能够在短时间内以高精度调节由多光束半导体激光器发射的多激光束之间的光束间隔。因而，装置能够获得高分辨率，组装成本能够大大降低，且能够降低整个装置的尺寸。

以下将说明本发明的第四实施例。图11A和11B是表示多光束光源单元的第四实施例的简化图示。该多光束扫描装置的整个结构与图3所示的结构类似，对其说明省略。将对多光束光源单元进行解释。

如图11A和11B所示，在准直透镜12的透镜筒12a粘附到激光器补偿器11a上之后，激光器补偿器11a以作为适配在激光器补偿器11a中的孔的紧固装置的螺栓14(见图11A和11B)暂时安装在光学盒子8的侧壁8a。在发射激光束P₁和P₂时，如图5A所示，旋转激光器补偿器11a以调节倾角θ，以便调节行间隔T。

这一调节是为了调节由多光束半导体激光器11发射的两个激光束P₁和P₂之间的光束间隔，即使在主扫描方向上在旋转鼓5上成象点A₁和A₂之间的间距S，以及间距，即次扫描方向上的行间隔T与设计值一致。

在角度调节之后，紧固螺栓14以便把激光器保持器11a固定到光学盒子8上。

在这一调节中，使激光器保持器11a旋转，这时光点定位，即使用CCD相机等监视以微米级移位的两个激光束P₁和P₂的成象点A₁和A₂。

如图11A所示，三个螺栓14把激光器保持器11a紧固到光学盒子8的侧壁8a。由螺栓14紧固的部分14a到14c围绕激光束P₁和P₂的发射点。这就是说，排布三个螺栓14，以便使激光束P₁和P₂的发射点在连接紧固部分14a到14c的直线L₁到L₃上、或在由直线L₁到L₃定义的平面区域内(阴影部分)就位。

激光器保持器11a具有圆柱轮毂11c。如图11B所示，轮毂11c适配在光学盒子8的侧壁8a的圆柱开口8b中，以便使激光器保持器11a旋转。旋转中心O也在连接紧固部分14a到14c的L₁到L₃直线上、或在由直线L₁到L₃定义的平面区域内就位。

使用这种设计，两个激光束P₁和P₂的发射点总是落在通过把固定部分14a到14c之间的间距转换为主扫描和次扫描成分获得的长度所定义的范围内。包括旋转中心O在内的宽广范围能够被牢固地固定，以便有效地防止多光束光源单元1的垂直和水平倾斜。

特别地当螺栓14用作为紧固装置时，激光器保持器11a和光学盒子8的侧壁8a通过紧固面M彼此加压。设置一间隙K作为对角度调节旋转的调节幅度。激光器保持器11a在次范围内移动。

在螺栓14的紧固部分14a到14c的紧固表面M提供了最高的紧固可靠性及高度稳定性，因为激光器保持器11a和侧壁8a在紧固压力产生的位置彼此接触。注意，如果紧固面M与螺栓14的位置不完全重合，则只要它们彼此靠近就能获得相同的效果。不需要对紧固面M的位置和形状及紧固面M的部件进行限制。

第四实施例采用螺栓作为紧固装置，但是可以采用以紫外线处理粘贴等粘贴手段。发射点数目没有限制，并可任意设置为两个或多个。

准直器透镜最好以紫外线处理胶粘剂粘贴到透镜筒上，但是可以用其它胶粘剂粘贴。

根据第四实施例，多光束光源单元以螺栓在三个或更多的紧固部分紧固到光学盒子的侧壁上。多光束光源单元的旋转中心及各激光束发射点位于连接紧固部分的直线上，或在由连接所有紧固部分的直线定义的平面区域内。这样，多光束光源单元能够稳定而牢固地安装在光学盒子中。

第四实施例能够实现低成本、高性能多光束扫描装置，该装置能够有效避免诸如多光束光源单元在高精度行间隔调节时的旋转移动的麻烦，并在调节紧固期间自由运行。

图12表示多光束光源单元的第五实施例。当多光束半导体激光器11的发射点由于组件的低精度而显著地从激光器保持器11a的旋转中心O偏移时，重新在激光器保持器11a中调节多光束半导体激光器11。为了实现这一点，使用用于调节相对位置的调节部件15，并以螺栓16紧固到激光器保持器11a上。

调节部件15与多光束半导体激光器11一同对于激光器保持器11a相对移动，以便调节连接激光束P₁和P₂的激光器阵列，使其通过旋转中心O。然后，以螺栓16把调节部件15紧固到激光器保持器11a。

即使组件中发射点的定位精度有变化，如图11A所示，调节部件15也能调节发射点的位置，使它们位于连接紧固部分14a到14c的直线L₁到L₃上，或在由所有直线L₁到L₃定义的平面区域N内。

多光束半导体激光器的装配好的形状可以有利地从广泛的范围中选择。

如图10所示，多光束半导体激光器41具有面发射型激光器芯片42，其上二维排布多个发射点42a到42d，可以使用这种激光器代替其上多个发射点对齐排列的边缘发射型多光束半导体激光器11。这一多光束半导体激光器41能够有利地降低光学畸变，因为能够使所有的发射点靠近准直透镜的光轴。在盘状激光器保持器41a中形成定位孔41b，作为用来调节倾角θ的定位基准以便调节行间隔T₁到T₃。

面发射型激光器能够增加发射点位置的自由度，便于安装允差的分布。

如上所述，在本发明的多光束扫描装置中，由多光束半导体激光器发射的两个激光束P₁和P₂，由光学盒子8内的旋转多边形反光镜扫描，并通过重新透镜在旋转鼓上的感光部件上形成图象。为了调节感光部件上的行间隔等，在旋转预定的角度之后激光器保持器11a固定到光学盒子8的侧壁8a上。设置间隔部分14a到14c，使激光束P₁和P₂的发射点及旋转中心O位于连接由螺栓14实现的紧固部分14a到14c的直线上，或在由这些直线定义的平面区域内。激光器保持器11a以高精度牢固而稳定地安装。

使用这种结构，本发明表现出以下的效果。

能够以高精度调节由多光束半导体激光器发射的激光束之间的行间隔，且激光器保持器能够牢固而稳定地安装。

本发明能够实现低成本、高性能、没有任何多光束行间隔误差的多光束扫描装置。

Claims (8)

1.一种多光束扫描装置，该装置包括：

光源单元，包括多光束半导体激光器和用于驱动所述激光器的激光器驱动电路板(13)，所述激光器包括具有多个用于发射激光束(P1，P2)的发射点(22a，22b)的激光器芯片(22)，以及用于向激光器芯片提供能量的激励终端(24)，所述激光器驱动电路板连接到所述激光器的激励终端，并具有纵向的边缘；

用于利用由所述光源单元发射的激光束扫描一个待扫描的表面的扫描装置；以及

具有一个侧壁(8a)的外壳(8)，所述外壳包含着所述扫描装置，并将所述光源单元支撑到侧壁上，其特征在于，

所述激光器的激励终端(24)固定到所述激光器驱动电路板(13)上，使得经过所述激光器的多个发射点(22a，22b)的一条直线相对于所述激光器驱动电路板的纵向边缘倾斜，设置所述激光器驱动电路板使其纵向边缘平行于所述外壳(8)的侧壁(8a)的纵向边缘。

2.根据权利要求1的装置，其中所述激光器驱动电路板的形状为矩形。

3.根据权利要求1的装置，其中所述光源单元还包括用于保持所述激光器的激光器保持器。

4.根据权利要求3的装置，其中所述激光器保持器具有一个基准面，并且这样来保持所述激光器，使得相对于基准面倾斜的一条直线经过多个发射点。

5.根据权利要求1的装置，其中所述激光器的多个发射点被排列成直线。

6.根据权利要求1的装置，其中所述激光器的多个发射点被二维排列。

7.根据权利要求3的装置，其中所述光源单元还包括一个准直器透镜和一个透镜筒，所述准直器透镜用于校准由所述激光器所发射的激光束，所述透镜筒用于保持所述准直器透镜，所述透镜筒与所述激光器保持器集成在一起。

8.根据权利要求1的装置，其中所述扫描装置包括一个旋转多边形透镜，用于偏转由所述光源单元发射的激光束，还包括一个成象透镜，用于聚焦由所述旋转多边形透镜偏转的激光束。

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