彩色激光打印机 【技术领域】
本发明涉及一种彩色激光打印机，而更为具体地，涉及一种利用单一激光扫描装置生成彩色图像的彩色激光打印机。
背景技术
各种单色激光打印机采用单一激光扫描装置(LSU)和单一有机光电导管(OPC)式感光鼓，由于它们只把黑色墨汁转印到一张纸上面。相反，各种彩色打印机需要4部LSU和4只OPC式感光鼓以便把4种色汁，诸如黑色(B)、红色(M)、黄色(Y)和兰色(C)，转印到一张纸上。一如图1A之中所示，彩色激光打印机包括：OPC式感光鼓100-K、100-C、100-M和100-Y，分别用于黑色、兰色、红色和黄色；LSU 102-K、102-C、102-M和102-Y，用于通过使各激光光束扫过充电到预定电位的感光鼓100-K、100-C、100-M和100-Y来形成各静电潜像；显影装置105-K、105-C、105-M和105-Y，用于以4色显影溶液使各静电潜像显影；转印带108，用于使显影出的各图像转印在OPC感光鼓100-K、100-C、100-M和100-Y上；转印装置110，用于使叠置在转印带108上的4色图像转印到纸页P上面；以及固影装置115，用于通过加热和施压使转印的图影固定在纸页P上。参照编号104指明一色料盒。
一如上述，为了生成彩色图像，通常的彩色激光打印机采用OPC式感光鼓100-K、100-C、100-M和100-Y，分别用于黑色、兰色、红色和黄色；以及4部LSU 102-K、102-C、102-M和102-Y，对应于4种颜色。
LSU是一种可使激光光束扫描光敏媒体一诸如-OPC式感光鼓—并形成静电潜像的装置。参照图1B，典型的LSU包括光源107；转动多面镜109，由马达(未画出)驱动以转动并反射由光源107发出的光线；f-θ透镜115，用于使由转动多面镜109反射的光束聚焦成沿着感光鼓110表面上的扫描线118、具有适当直径的光点；以及反射器120，设置在f-θ透镜115与感光鼓110之间的光路上用于反射入射光线，以致穿过f-θ透镜的光束被引向感光鼓110。预定的静电潜像通过控制光源107的开/关状态被形成在感光鼓110上。
其次，一准直透镜122，用于使入射光束转换为对于准直透镜122轴线的平行光束，以及一柱面透镜135，用于使平行光束会聚于转动多面镜109的一个反射表面，都设置得沿着光源107与转动多面镜109之间的光路上。参照编号125指明一传感器，用于检测扫描线118开始所在的位置。
这里，来自光源107的光束被准直透镜122转换为平行光束，而此平行光束穿过柱面透镜135并被转动多面镜109反射。被反射离开转动多面镜109的光束穿过f-θ透镜115，而光束的光路被反射器120改变，以致光束被聚焦成感光鼓110上沿着扫描线118地一点处的一个光点。
设计如上的彩色激光打印机由于制造成本高而尚未普及。各LSU的价格是一部彩色激光打印机总成本的最大百分数。因此，降低一部彩色激光打印机的一种途径是尽最减少其中所用LSU的数量。
这种类型彩色激光打印机的另一问题是，为每一颜色驱动转动的多边镜具的一主轴马达所产生的跳动和周期性振荡是随每一LSU而变的。这样就导致在单独一条直线被打印在纸页上时，4种颜色沿着不同的直线被打印出来，因而降低了打印质量。为解决这些问题，通常的彩色激光打印机需要一种针对跳动和周期性振荡的电气、机械或光学调节。然而，这一过程增加了制造成本。
最近，为了降低制造成本，一直在从事关于尽量减少LSU数量的研究。具有单一LSU的各种通常的彩色激光打印机的一项范例披露在日本有待公开的专利申请第2000-43333A号之中。参照图2，这种通常的彩色激光打印机包括一主轴马达142、一转动多面镜143和第一到第四激光二极管140a-140b，后者并列配置以致发自每一二极管140a-140d的光束以不同的入射角照射转动多面镜143。
在设计如上的彩色激光打印机中，4支光束以不同的角度经由转动多面镜143反射，这就需要一个大厚度的f-θ透镜。然而，如所熟知，大厚度的f-θ透镜是比较难以制作的。
其次，反射离开转动多面镜143的各光束，相对于每一光束经由它们分别反射的反射器144a-144d和相对于每一分束分别聚焦在它们上面的第一到第四感光鼓147a-147d，具有不同的焦距。由于它们的焦距不同，每一颜色的一个光点形成在每一感光鼓147a-147d上的不同位置处，而因此，第一到第四校正透镜146a-146d分开设置以使各像差相等。总的说来，这种结构增加了制造和组装成本。其次，在对比于使用4部LSU的一种彩色激光打印机时，这种彩色激光打印机在光学特性方面的优点有限。
各种通常的彩色激光打印机的另一范例披露在美国专利第6061079号之中。参照图3A，这种彩色激光打印机在某些方面具有与早先援引的日本有待公开专利申请第2000-43333A号类似的结构。亦即，此彩色激光打印机包括一主轴马达152、一转动多面镜153和第一到第四激光二极管150a-150d，并列配置(亦即依次在纵向上)，以致发自每一二极管150a-150d的光束以不同角度射在转动多面镜153上。
在示于图3A之中的彩色激光打印机中，一f-θ透镜155与每一用于4种不同颜色的第一到第四感光鼓160a-160d之间的距离是相等的；由转动多面镜153反射的4支光束穿过此f-θ透镜而各光束聚焦在各感光鼓上。一如图3B之中所示，每一第一到第四光束I、II、III和IV，由f-θ透镜予以反射以致采取不同的光路。经由一棱镜式反射器156被反射，并经由每一柱面透镜158a-158d对应于每一颜色被聚焦在每一感光鼓160a-160d附近。
然而，设计如上的彩色激光打印机的一项缺点是，由于每一4支光束I、II、III和IV在不同的铅直位置处穿过f-θ155透镜，所以它的厚度很大。一如上述，这使得难以制造f-θ透镜155而又增加制造成本。另一缺点出自以下事实，即分别的柱面透镜158a、158b、158c和158d用以使4支光束聚焦在各感光鼓附近。由于4只柱面透镜158a、158b、158c和158d造成不同大小的色差并导致组合在一起时的组装误差，所以结果是，尽管只用一部LSU，单行指令会导致沿着不同各行打印出4种颜色，从而降低了打印质量。
【发明内容】
为解决上述一些问题，本发明的目的是提供一种彩色激光打印机制作得采用一小厚度的f-θ透镜，依靠的是分别设置许多光源并使各光信号在经由一偏振棱镜把发自许多光源的各光束组合起来之后通过此f-θ透镜以便利用许多光路变更装置使f-θ透镜与用于每一颜色的一感光鼓之间的各光路长度相等。
按照本发明的一个方面，提供一种利用单一激光扫描装置生成彩色图像的彩色激光打印机。此彩色激光打印机包括：一发光装置，包括第一和第二激光二极管，用于发射具有一种偏振的各光束；一偏振棱镜，用于根据偏振方向传送或反射各入射光束；以及第三和第四激光二极管，设置在相对于偏振棱镜与第一和第二激光二极管不同的方向上；一转动多面镜，反射沿着同一光路发自发光装置的光束；一f-θ透镜，使由转动多面镜反射的光束聚焦；第一和第二偏振分光镜，各自根据偏振方向传送或反射穿过f-θ透镜的光束；以及第一到第四感光装置，经由第一和第二偏振分光镜反射和传送的各光束射在它们上。在此彩色激光打印机中，f-θ透镜与每一第一到第四感光装置之间的各光路长度相等。此彩色激光打印机还包括一种光路变更装置，设置在经由第一和第二偏振分光镜传送的各光束分别沿之行进的各光路上。
本发明还提供一种利用单一激光扫描装置生成彩色图像的彩色激光打印机，它包括：一发光装置，包括第一和第二激光二极管，用于发射具有一种偏振的各光束；一偏振棱镜，用于根据偏振方向传送或反射各入射光束；以及第三和第四激光二极管，设置在相对于偏振棱镜与第一和第二激光二极管不同的方向上；一转动多面镜，反射沿着同一光路发自发光装置的光束；一f-θ透镜，使由转动多面镜反射的光束聚焦；一第一光路变更装置，使穿过f-θ透镜分成沿着两条光路行进的第一和第二光束；第一和第二偏振分光镜，各自根据偏振方向传送或反射由第一光路变更装置分成的第一和第二光束；以及第一到第四感光装置，经由第一和第二偏振分光镜反射和传送的各光束射在它们上。在此彩色激光打印机中，f-θ透镜与每一第一到第四感光装置之间的各光路长度相等。
其次，此彩色激光打印机包括第二和第三光路变更装置，设置在经由第一和第二偏振分光镜反射的各光束分别沿之行进的各光路上。此打印机还包括各传送型平板玻璃，设置在第一偏振分光镜与第二光路变更装置之间和第二偏振分光镜与第三光束变更装置之间。此打印机还包括第四和第五光路变更装置，设置在经由第一和第二偏振分光镜传送的各光束分别沿之行进的各光路上。
【附图说明】
本发明的以上目的和优点通过参照附图详细说明其各示范实施例将变得更为明显，附图中：
图1A表明具有4部激光扫描装置(LSU)的一种通常的彩色激光打印机；
图1B表明一种通常的LSU的结构；
图2表明通常彩色激光打印机的一项范例；
图3A表明通常彩色激光打印机的另一范例；
图3B是图3A部分“A”的放大视图；
图4表明符合本发明第一实施例的一种彩色激光打印机的结构；
图5表明在符合本发明的一种彩色激光打印机中采用的一种发光装置；以及
图6表明符合本发明第二实施例的一种彩色激光打印机的结构。
【具体实施方式】
参照图4，符合本发明第一实施例的一种彩色激光打印机包括一发光装置10，具有许多光源用于发射S-偏振和P-偏振光束；一转动多面镜15，用于反射发自发光装置10的各光束；一f-θ透镜20，用于使由转动多面镜15反射的各光束聚焦；以及第一和第二偏振分光镜21和22，用于根据偏振方向传送或反射穿过f-θ透镜20的各光束。
一如图5之中所示，发光装置10包括第一和第二激光二极管1和2，用于发射诸如各P偏振光束等具有一种偏振的各光束；第三和第四激光二极管3和4，与第一和第二激光二极管1和2分开设置并在不同方向上，用于发射各S偏振光束；以及一偏振棱镜5，位于第一和第二激光二极管1和2与第三和第四激光二极管3和4的光柱之间的交汇处，并且根据偏振方向传送或反射入射光束。
比如，第一激光二极管1可以设置在第二激光二极管2的上方，二者都发射P偏振光束。第三激光二极管3可以设置在第四激光二极管4的上方，二者都发射S偏振光束。
分别从第一和第二激光二极管1和2与第三和第四激光二极管3和4沿着不同的光路发出的第一和第二光束I和II，经由偏振棱镜5沿着同一光路被引向转动多面镜(rotary polygon mirror)15。一准直透镜7可以设置在第一到第四激光二极管1、2、3和4中的每一个与偏振棱镜5之间的每一光路上以便把来自每一激光二极管1、2、3和4的光束转换成平行光束。其次，一柱面透镜8可以设置以便把穿过偏振棱镜5的光束聚焦到转动多面镜15上。
发自设计如上的发光装置10的各P和S偏振光束由转动多面镜15反射并穿过f-θ透镜20。随着一主轴马达14转动转动多面镜15，各反射表面连续转动，使得光束被射的位置逐渐移动而生成一扫描线。经由f-θ透镜20聚焦的S偏振和P偏振光束进入第一和第二偏振分光镜21和22。
第一和第二偏振分光镜21和22最好是具有同样的特性，因为它们反射S偏振和P偏振光束之一而传送另一光束。比如，两个偏振分光镜21和22可以设计得反射一S偏振光束而传送一P偏振光束。反过来，它们也可以设计得反射一P偏振光束而传送一S偏振光束。
最好是，第一和第二偏振分光镜21和22设置成经由偏振分光镜21和22二者中的任一反射的光束可以沿着不同的各光路行进。比如，第一和第二偏振分光镜21和22可以具有平板型式并设置成一V形。相反，六面体形偏振分光镜可予以采用而使它们的各镜面设置成一V形。
在第一和第二偏振分光镜21和22上反射的各光束分别射在诸如第一和第二感光鼓31和32等感光装置上。其次，经由第一和第二偏振分光镜21和22传送的各光束分别射在第三和第四感光鼓33和34上。这里，如果从f-θ透镜20至第一到第四感光鼓31、32、33和34的光路分别被表示为第一、第二、第三和第四光路L1、L2、L3和L4，最好是将第一到第四感光鼓31、32、33和34配置成使得第一到第四光路L1、L2、L3和L4具有相等的长度(L1＝L2＝L3＝L4)。
其次，第一和第二光路变更装置35和36可以设置在第一偏振分光镜21与第三感光鼓33之间和第二偏振分光镜22与第四感光鼓34之间。第一和第二光路变更装置35和36可以用以使第三和第四光路L3和L4的长度等于第一和第二光路L1和L2的长度。亦即，第一和第二光路变更装置35和36的位置予以改变以使第一到第四光路L1-L4的长度相等。这里，光路变更装置35和36可以是一种反射器或偏振分光镜。
符合本发明第二实施例的一种彩色激光打印机现在将参照图6予以说明。
符合本发明第二实施例的彩色激光打印机包括一发光装置50，具有许多光源用于发射S和P偏振光束；一转动多面镜55，用于反射发自发光装置50的各光束；一f-θ透镜60，用于使由转动多面镜55反射的各光束聚焦；以及许多光路变更装置65、75、76、77和78，用于在不同各方向上反射穿过f-θ透镜60的各光束。
发光装置50具有与上述本发明第一实施例中发光装置10同样的结构。亦即，发光装置50包括第一和第二激光二极管1和2，用于在一个方向上发射各光束；第三和第四激光二极管3和4，与第一和第二激光二极管1和2分开设置，用于发射以不同角度偏振的各光束；以及一偏振棱镜5，用于根据偏振方向传送或反射来自第一到第四光源1-4的各光束，以致各光束沿着同一光路行进。
沿着同一光路行经发光装置50的光束然后在经过转动多面镜55和f-θ透镜60之后进入具有第一和第二反射表面65a和65b的第一光路变更装置65。穿过f-θ透镜60的光束经反射离开第一和第二反射表面65a和65b以沿着两条不同的光路行进。比如，第一光路变更装置65可以具有三角形或楔形的截面以构成第一和第二反射表面65a和65b。
第一和第二偏振分光镜67和68，用于根据偏振方向传送或反射各入射光束，位于各光束行经第一光束变更装置65的两条光路上。由第一光路变更装置65分开的两支光束经由第一和第二偏振分光镜67和68被传送和反射并被分离成为沿着第一到第四光路L1-L4行进的4条光束。在偏振分光镜67和68处分离成的4条光束被扫描到对应于相应光束的第一到第四感光鼓71-74上面。这里，最好是，分别从第一光路变更装置65至第一到第四感光鼓71-74的第一到第四光路L1-L4具有相等的长度。
为了使第一到第四光路L1-L4的长度相等，第二和第三光路变更装置75和76可以分别设置在第一偏振分光镜67与第三感光鼓73之间和第二偏振分光镜68与第二感光鼓72之间的光路上。其次，第四和第五光路变更装置77和78可以设置在第一偏振分光镜67与第一感光鼓71之间和第二偏振分光镜68与第四感光鼓74之间的光路上。
传送型平板玻璃(plate glass)79和80最好是分别设置在第一偏振分光镜67与第二光路变更装置75之间和第二偏振分光镜68与第三光路变更装置76之间的各光路上。沿着第一和第四光路L1和L4行进的各光束是分别经由第一和第二偏振分光镜67和68传送的。考虑到这一点，设置了传送型平板玻璃79和80以传送沿着第二和第三光路L2和L3行进的各光束，以致它们可以与沿着第一到第四光路L1和L4行进的各光束具有相同的特性。
现在说明设计如上的彩色激光打印机的操作。符合本发明的彩色激光打印机构作成使得从设置在不同各方向上的第一和第二光源1和2以及第三和第四光源3和4向不同各方向发射的光束经由偏振棱镜5沿着同一光路行进。这种结构在发自第一和第四光源1-4的各光束经由偏振棱镜5沿着同一光路行进时减小了整个光束的横截面积。换句话说，与第一到第四光源平行(即依次在纵向上)配置的传统结构相比，这样可减小光束横截面积。这本身又减小了在由转动多面镜55反射之后射在f-θ透镜60上的光束的横截面积。本发明允许使用具有较小厚度的f-θ透镜60。
随着f-θ透镜60的厚度减小，f-θ透镜就变得较易制造了，并呈现较好的性能。这样，使用易于制造的f-θ透镜60可降低制造成本而又提高生产率。
穿过f-θ透镜60的光束由第一光路变更装置65分为沿着两条光路行进的两支光束。各光束根据偏振方向经由第一和第二偏振分光镜67和68传送或反射并分离成为沿着第一到第四光路L1-L4行进的四支光束。于是，第二到第五光路变更装置75-78如此设置，以致使第一到第四光路L1-L4的长度相等。这样最终就使光束所穿过的f-θ透镜60与光束聚焦在上面的、用于每一颜色的感光鼓71、72、73和74之间的各焦距相等。因而，不再需要一单独的校正透镜用于使各焦距相等。
其次，具有很小厚度的f-θ透镜60可保证在感光鼓71、72、73和74上的准确聚焦，不再需要一单独的聚焦装置。
通过一如上述的操作，扫描到用于每一颜色的感光鼓71、72、73和74上面的各光束依次被转印到一转印带83。
一如上述，符合本发明的一种彩色激光打印机利用单一LSU生成彩色图像，从而显著地降低了制造成本。其次，此彩色激光打印机使用一个转动多面镜和f-θ透镜，从而减少了组装时间并提高了生产率。这是由于这不再需要电气、机械和光学调节，而在通常的彩色激光打印机中原来是需要的，那时四个转动多面镜用以减少分别由使转动多面镜转动的各主轴马达产生的细微跳动和周期性振荡。另外，减至最低的跳动特性可保证高速打印和高质量图像。
其次，本发明制作得以致用于发射具有一种偏振的各光束的多个光源是分别配置的，而发自这多个光源的各光束由一编振棱镜组合起来以进入一f-θ透镜，从而需要一具有小厚度的f-θ透镜。因而，这就使得较易制造具有优良性能的f-θ透镜。