CN1892283A - 用于在串联成像设备中分开多束光束的激光扫描单元 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于在串联成像设备中分开多束光束的激光扫描单元。该用于成像设备的激光扫描单元包括：用于产生并投射光束的光源；用于使光束偏转的多角镜；用于分开由多角镜偏转的光束的分束器；以及用于补偿被分束器分开的光束的象差的成像透镜装置。该分束器具有彼此配对的凸柱面镜和凹柱面镜。分束器的构造允许更为紧密的布置。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光扫描单元。更具体地，本发明涉及一种小型激光扫描单元，其具有改进的在串联成像设备中分开多束光束的能力。
背景技术
在串联成像设备(例如，诸如彩色激光打印机、彩色数字复印机等成像设备)中，通过对用多束激光束代替单束激光束扫描的多个光电导体进行曝光来形成图像，以加速设备运行。当通过激光扫描形成彩色图像时，一般需要四个光电导体(例如，Y(黄色)、M(品红色)、C(青色)和K(黑色))。在用于在四个光电导体上形成图像的串联扫描光学系统中，一般使多个光束以不同的倾斜角度入射在多角镜上。多角镜在主扫描方向上扫描光束，然后使光路在副扫描方向上分离。
采用多束光源的传统扫描光学系统在日本未审查的专利公报No.2003-75752中公开，这里将其全部内容引作参考。该公报公开了一种串联激光扫描单元，其从相应的光源发出相应的四束激光束LY、LM、LC和LK。如图1所示，光束以不同的倾斜角度入射在多角镜2的反射表面2a上并被该反射表面2a偏转。随后，偏转后的激光束通过第一和第二透镜3和4，并且偏转后的光束通过相应的分束镜7和8被分开，从而在各光电导体6Y、6M、6C和6K上进行扫描。
在上述的激光扫描单元1中，各激光束LY、LM、LC和LK应当彼此独立，并且在相邻的激光束之间应当存在足够的距离，以使激光束在多角镜2的反射表面2a上成不同的倾斜角度。当使相邻光束之间存在足够距离的平行光束入射在多角镜2上并被多角镜2偏转时，光束容易分开，但多角镜2的表面积需要增加。此外，从多角镜2的反射表面2a到分束镜7Y、7M和7C的光程必须足够长，以确保足够的有效角，即足够的激光束之间的分开角。这些要求阻碍了开发小型串联激光扫描单元的能力。
因此，需要一种改进的激光扫描单元，其可以在串联激光扫描单元中有效地分开激光束。
发明内容
本发明的一方面是至少解决上述问题和/或缺点，并至少提供下述优点。因此，本发明的一方面是提供这样一种激光扫描单元，通过在多角镜与成像透镜装置(image forming lens arrangement)之间设置分束器，该激光扫描单元可有效地分开来自光源的光束。
根据本发明的一方面，激光扫描单元包括：用于产生并投射光束的光源；用于使光束偏转的多角镜；用于分开由多角镜偏转的光束的分束器；以及用于补偿由分束器分开的光束的象差的成像透镜装置。
所述光源可以是从单一半导体元件产生多束光束的多束光源(multi-beam light source)。或者，所述光源可以是多个单束光源(single beamlight source)。所述光源可以是发光二极管(LED)或半导体激光二极管(LD)。
分束器可包括彼此配对的第一分束镜和第二分束镜。第一分束镜具有第一反射表面，该第一反射表面在副扫描方向(图4中的Y-方向)上具有预定的曲率R1。第一分束镜以不同的角度分开光束。第二分束镜具有与第一分束镜相对的第二反射表面。第二反射表面在副扫描方向上形成预定的曲率R2，并将光束向着成像透镜装置反射。
第一分束镜可以是凸柱面镜，第二分束镜可以是凹柱面镜。第一分束镜可包括一个凸柱面镜，第二分束镜可包括四个凹柱面镜。
第一和第二分束镜之间的间距可以通过第一和第二分束镜的曲率调节。
准直透镜和柱面透镜可以位于光源与多角镜之间。
根据本发明的另一方面，激光扫描单元包括：用于产生并投射光束的多束光源；用于使光束偏转的多角镜；一对分束器，每个分束器具有反射表面，反射表面在副扫描方向具有预定的曲率，以分开由多角镜偏转的光束；以及用于补偿由该对分束器分开的光束的象差的成像透镜装置。
该对分束器可包括：以不同的角度分开所述光束的第一分束镜；以及第二分束镜，其相对第一分束镜设置，用于将光束向着成像透镜装置反射。
第一分束镜可以是凸柱面镜，第二分束镜可以是凹柱面镜。
第一分束镜可包括一个凸柱面镜，第二分束镜可包括四个凹柱面镜。
第一和第二分束镜之间的间距可以通过第一和第二分束镜的曲率调节。
根据本发明的另一方面，成像设备包括：用于产生静电潜像的多个光电导体，所述多个光电导体在副扫描方向旋转；用于产生光束的多束光源；用于接收由所述多束光源产生的光束并使光束在主扫描方向偏转的多角镜；具有第一反射表面的第一分束镜，该第一反射表面在副扫描方向上具有预定的曲率，第一分束镜从多角镜接收并偏转光束；以及具有第二反射表面的第二分束镜，该第二反射表面在副扫描方向上具有预定的曲率。第二分束镜接收由第一分束镜偏转的光束并将所述光束向着所述多个光电导体偏转，以在所述多个光电导体上形成静电潜像。
第一分束镜可以是凸柱面镜，第二分束镜可以是凹柱面镜。
第一分束镜可以包括一个凸柱面镜，第二分束镜可以包括四个凹柱面镜。
所述一个凸柱面镜的曲率半径可以是恒定的。
所述四个凹柱面镜可以具有相同的曲率半径。
所述四个凹柱面镜可以具有不同的曲率半径。
附图说明
本发明一些示例性实施例的上述和其它目的、特点和优点将从下面结合附图的描述中变得更加明显，附图中：
图1是传统的串联激光扫描单元的示意图；
图2是根据本发明示例性实施例的激光扫描单元的示意图；
图3是图2所示的激光扫描单元的透视图；
图4A是图2所示的激光扫描单元的第一分束镜的透视图；和
图4B是图2所示的激光扫描单元的第二分束镜的透视图。
所有附图中，相同的附图标记将理解为指的是相同的元件、部件和结构。
具体实施方式
描述中所定义的内容(例如，具体的构造和元件)旨在帮助全面地理解本发明的实施例。因此，本领域的普通技术人员将意识到，在不偏离本发明的范围和精神的条件下可以对这里描述的实施例做各种变化和修改。此外，为了清晰和简明，省去对众所周知的功能和构造的描述。
现在将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。
图2是根据本发明示例性实施例的激光扫描单元的示意图，图3是图2所示的激光扫描单元的透视图。参照附图，根据本发明示例性实施例的激光扫描单元100包括光源10、多角镜20、分束器101、以及成像透镜装置50。
光源10产生光束LY、LM、LC和LK并将它们投射到多个光电导体60。多个光电导体60包括例如分别对应于光束LY、LM、LC和LK的四个光电导体60Y、60M、60C和60K。光源10可以是发光二极管(LED)、半导体激光二极管(LD)或者是本领域技术人员已知的任何其它合适的光源。光源可包括多个单束光源，每个单束光源产生单一光束。光束的直径一般为约40μm。如果使用多个单束光源，则相邻光束之间的间距可以处于几个毫米到一个(1)厘米的范围内。以这样的间距，在串联激光扫描单元中分离光束不是特别困难。而在使用从一个半导体器件中产生多束光束的多束光源的激光扫描单元中，相邻光束之间的间距一般等于每个光束的直径或者比每个光束的直径窄。这些间距紧密的光束可能较难分离。然而，根据本发明示例性实施例的激光扫描单元100可以有效地分开这些光束。即，根据本发明示例性实施例的激光扫描单元100特别适用于具有其中相邻光束之间的间距极小的多束光源的激光扫描单元。根据本发明示例性实施例的激光扫描单元100与多束光源的结合是有利的，因为可以减小激光扫描单元所占用的整个空间。
多角镜20在主扫描方向上偏转从光源10发出的光束LY、LM、LC和LK。如果本发明中使用多束光源，则可以大大(substantially)减小多角镜20的反射表面20a的宽度，这是因为相邻光束之间的间距较窄。从而，多角镜的反射表面20a不受到传统设备的宽度要求，这意味着可以使多角镜更小并节省制造成本。
根据本发明示例性实施例的激光扫描单元100还可以包括位于光源10与多角镜20之间的准直透镜12和柱面透镜13。
准直透镜12将从光源10发出的光束LY、LM、LC和LK转化为平行光束或会聚光束。柱面透镜13会聚主扫描方向和副扫描方向上的入射光束，使得光束会聚在多角镜20上。
本示例性实施例的激光扫描单元100包括用于分开由多角镜20偏转的光束LY、LM、LC和LK的分束器101。
图4详细地示出分束器101，其中图4A示出第一分束镜30，图4B示出第二分束镜40。参照附图，分束器101包括彼此配对的第一分束镜30和第二分束镜40。第一镜30和第二镜40以这样的方式构造，使得它们中的每个都在副扫描方向(Y-方向)上具有R1或R2的曲率半径。
第一分束镜30可以是例如柱面镜，其第一反射表面31是凸的，使得光束LY、LM、LC和LK分别以不同的角度分开。这种凸柱面镜形成有沿着副扫描方向(Y-方向)的柱面(cylinder)具有曲率半径为R1的曲面。柱面镜沿着柱面的纵向(X-方向)基本是直的。图4A所示的第一分束镜30的第一反射表面31是凸的，而相对侧是基本平的表面32。
在副扫描方向(Y-方向)，第一分束镜30可以按照期望在用于分别反射相应的光束LY、LM、LC或LK的区域具有不同的曲率。即，对应于光束入射在第一分束镜上的区域处的曲率半径的曲率半径RY1、RM1、RC1和RK1可以彼此不同。
第二分束镜40相对第一分束镜30设置，并使光束向着成像透镜装置50行进。第二分束镜40可以是例如凹柱面镜。即，第二分束镜的第二反射表面41是凹的，并在柱面的副扫描方向具有曲率半径R2。第二分束镜在柱面的纵向方向基本是直的，这与上述的凸柱面镜相似。图4B所示的第二分束镜40的第二反射表面41是凹的，而相对侧是基本平的表面42。
第二分束镜40可具有不同的曲率，以对应于第一分束镜的曲率以及第一分束镜与第二分束镜之间的间距。换言之，曲率半径RY2、RM2、RC2和RK2可以彼此不同。
通过改变各分束镜30和40的曲率半径R1和R2，可以调节分束器中第一和第二分束镜30和40之间的间距。例如，如果第一分束镜30的曲率半径R1减小，则可以减小第一和第二分束镜30和40之间的间距。从而，依赖于分束器的每个反射镜的曲率半径如何形成，可以减小扫描单元中分束器所需的空间，从而使激光扫描单元更加紧凑。
如图3所示，串联激光扫描单元具有分束器101，分束器101具有一个凸柱面镜30和四个凹柱面镜40Y、40M、40C和40K。四个凹柱面镜可分别具有不同的曲率半径。
从分束器101分出的光束分别通过成像透镜装置50，从而在光电导体60上形成图像，使得潜像形成在光电导体60的表面上。
成像透镜装置50以主扫描方向和副扫描方向上不同的放大率补偿分开后的光束。即，成像透镜装置50可以包括fθ透镜50Y、50M、50C和50K，用于补偿光束LY、LM、LC和LK的象差(aberration)。
现在将描述用激光扫描单元100分开光束的过程。
多束光源10产生光束LY、LM、LC和LK，并通过准直透镜12与柱面透镜13投射这些光束。多角镜20旋转并在主扫描方向(图4中的X-方向)上偏转光束LY、LM、LC和LK。由多角镜20偏转的光束被分束器101的凸柱面透镜30以不同的角度分开。分开后的光束由凹柱面透镜40会聚，fθ透镜50Y、50M、50C和50K修正象差，从而光束分别在带电的光电导体60上进行扫描，以在光电导体60的表面上形成潜像。
如上所述，因为可以使用多束光源，所以可以显著地减小多角镜的表面宽度，从而节省制造成本。此外，即使使用多束光源，也可以可靠地分开光束。因此，可以消除有关相邻光束之间的最小间距的限制以及有关从多角镜到反射镜的光程的限制。因此，本发明特别适于小型串联激光扫描单元。
虽然已经参照本发明的一些示例性实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解，在不偏离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的条件下，可以做各种形式和细节上的变化。
Claims (20)
1.一种激光扫描单元，包括：
用于产生并投射光束的光源；
用于使光束偏转的多角镜；
用于分开由所述多角镜偏转的光束的分束器；和
用于补偿由所述分束器分开的光束的象差的成像透镜装置。
2.如权利要求1的激光扫描单元，其中
所述光源是从单一半导体元件产生多束光束的多束光源。
3.如权利要求1的激光扫描单元，其中
所述光源包括多个单束光源。
4.如权利要求1的激光扫描单元，其中
所述光源包括发光二极管或半导体激光二极管。
5.如权利要求1的激光扫描单元，其中所述分束器包括：
具有第一反射表面的第一分束镜，该第一反射表面在副扫描方向上具有预定的曲率，所述第一分束镜以不同的角度分开所述光束；和
具有相对第一分束镜设置的第二反射表面的第二分束镜，该第二反射表面在副扫描方向上具有预定的曲率，并将光束向着所述成像透镜装置反射。
6.如权利要求5的激光扫描单元，其中
所述第一分束镜是凸柱面镜，所述第二分束镜是凹柱面镜。
7.如权利要求6的激光扫描单元，其中
所述第一分束镜包括一个凸柱面镜，所述第二分束镜包括四个凹柱面镜。
8.如权利要求5的激光扫描单元，其中
所述第一和第二分束镜之间的间距通过所述第一和第二分束镜的曲率调节。
9.如权利要求1的激光扫描单元，其中，还包括
位于所述光源与所述多角镜之间的准直透镜和柱面透镜。
10.一种激光扫描单元，包括：
用于产生并投射光束的多束光源；
用于使光束偏转的多角镜；
一对分束器，每个分束器具有反射表面，所述反射表面在副扫描方向具有预定的曲率，以分开由所述多角镜偏转的光束；和
用于补偿由该对分束器分开的光束的象差的成像透镜装置。
11.如权利要求10的激光扫描单元，其中该对分束器包括：
以不同的角度分开所述光束的第一分束镜；和
第二分束镜，其相对第一分束镜设置，用于将光束向着所述成像透镜装置反射。
12.如权利要求11的激光扫描单元，其中
所述第一分束镜是凸柱面镜，所述第二分束镜是凹柱面镜。
13.如权利要求10的激光扫描单元，其中
所述第一分束镜包括一个凸柱面镜，所述第二分束镜包括四个凹柱面镜。
14.如权利要求11的激光扫描单元，其中
所述第一和第二分束镜之间的间距通过所述第一和第二分束镜的曲率调节。
15.一种成像设备，包括：
用于产生静电潜像的多个光电导体，所述多个光电导体在副扫描方向旋转；
用于产生光束的多束光源；
用于接收由所述多束光源产生的光束并使所述光束在主扫描方向偏转的多角镜；
具有第一反射表面的第一分束镜，该第一反射表面在副扫描方向上具有预定的曲率，所述第一分束镜从所述多角镜接收并偏转光束；和
具有第二反射表面的第二分束镜，该第二反射表面在副扫描方向上具有预定的曲率，该第二分束镜接收由所述第一分束镜偏转的光束并将所述光束向着所述多个光电导体偏转，以在所述多个光电导体上形成静电潜像。
16.如权利要求15的成像设备，其中
所述第一分束镜是凸柱面镜，所述第二分束镜是凹柱面镜。
17.如权利要求15的成像设备，其中
所述第一分束镜包括一个凸柱面镜，所述第二分束镜包括四个凹柱面镜。
18.如权利要求17的成像设备，其中
所述一个凸柱面镜的曲率半径是恒定的。
19.如权利要求17的成像设备，其中
所述四个凹柱面镜具有相同的曲率半径。
20.如权利要求17的成像设备，其中
所述四个凹柱面镜具有不同的曲率半径。
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