光扫描单元和利用该光扫描单元的电子照相成像装置 【技术领域】
本公开涉及光扫描单元及利用该光扫描单元的电子照相成像装置。背景技术 光扫描单元是用于将光源发射的光扫描到预定区域的单元， 并且在各种器件 ( 诸 如， 电子照相成像装置和扫描显示器件 ) 中使用。
例如， 在电子照相成像装置中， 如果经由光扫描单元执行的主扫描和因光感受器 的移动而执行的次扫描， 光扫描单元将光束扫描到光感受器 ( 诸如光敏鼓 ) 上， 则静电潜像 形成在光感受器上。形成的静电潜像通过利用诸如调色剂的显影剂而显影为显影图像， 显 影图像被转移到印刷介质上。
光扫描单元包括用于偏转光源发射的光束并将光束扫描到光感受器上的光学偏 转器和用于折射光源发射的光束并使光束成像的光学单元 ( 透镜 )。光扫描单元的光学单 元的实例包括用于使光源发射的光束准直的准直透镜、 用于沿次扫描方向将光束聚焦到光 学偏转器的反射表面上的圆柱透镜以及用于使光学偏转器扫描的光束成像在光感受器上 的扫描透镜。
发明内容 根据一个方面， 提供一种扫描单元， 包括 ： 光源， 用于发射光束 ； 光学偏转器， 用于 在主扫描方向上偏转并扫描从光源发射的光束 ； 第一光学单元， 包括单个透镜， 设置在光源 与光学偏转器之间， 以及用于在主扫描方向上准直从光源发射的光束并在次扫描方向上将 光束聚焦到光学偏转器的反射表面上 ； 以及第二光学单元， 包括至少一个透镜并用于使被 光学偏转器偏转并扫描的光束成像在扫描目标表面上， 其中， 满足 |βm| ＞ |βs|， 其中， βm 表示在主扫描方向上光扫描单元的光学系统的放大率， βs 表示在次扫描方向上光扫 描单元的光学系统的放大率。
根据另一方面， 提供了一种电子照相成像装置， 包括 ： 光感受器 ； 光扫描单元， 用 于将光束扫描到光感受器的扫描目标表面上， 从而形成静电潜像 ； 以及显影单元， 将调色剂 提供到由光感受器形成的静电潜像从而显影静电潜像。
光扫描单元可以满足 0.05 ＜ (βs/βm)2 ＜ 0.5。
第一光学单元可以包括变形透镜。
第一光学单元可以由塑料形成。
衍射图案可以形成在第一光学单元的至少一个表面上。
第一光学单元的衍射图案可以形成为锯齿形或阶梯形。
第一光学单元的其上形成有衍射图案的衍射表面可以具有圆形或椭圆形。
第一光学单元的衍射图案可以采用表示， 其中，表示在离开衍射表面的中心 r 距离的区域中衍射图案的相， m 表示衍射级， λ 表示从光源发射的光束的波长， 及 c1、 c2、 c3 和 c4 表示多项式的系数。
光扫描单元可还包括用于使光束成形的狭缝。
本发明的附加方面和 / 或优点将在以下的描述中部分地阐述， 部分将通过这些描 述变得清楚或者可以通过实践实施方式而习之。 附图说明
通过参考附图对本发明的示范性实施方式进行详细描述， 本发明的上述和其它特 性和优点将变得更加清楚， 附图中 ：
图 1 为示出根据实施方式光扫描单元关于主扫描面的光学构造的示意图 ；
图 2 为示出图 1 所示的光扫描单元关于次扫描面的光学构造的示意图 ；
图 3 为根据实施方式在图 1 所示的光扫描单元中使用的第一光学单元的示意侧视 图；
图 4A 为根据另一实施方式在图 1 所示的光扫描单元中所使用的第一光学单元的 示意侧视图 ；
图 4B 为示出图 4A 所示的第一光学单元的衍射表面的示意图 ； 图 5 为示出根据实施方式次扫描光束直径关于光扫描单元的光学系统的放大比 根据在第一光学单元的主 / 次扫描方向上的位置调整而发生的变化的曲线图 ； 以及
图 6 为根据实施方式利用光扫描单元的电子照相成像装置的示意结构图。
具体实施方式
此后， 通过参考所附的附图解释本发明的实施方式， 将详细地描述本发明。然而， 本发明可以以许多不同的形式实现且不应解释为限于这里阐述的实施方式 ； 而是， 提供这 些实施方式使得本公开将充分和完整， 且向本领域的普通技术人员全面地传达本发明的构 思。 在附图中， 相似的附图标记指示相似的元件， 且为了清晰且便于解释夸大了每个元件的 尺寸。
图 1 为示出根据实施方式的光扫描单元关于主扫描面的光学构造的示意图。图 2 为示出图 1 所示的光扫描单元关于次扫描面的光学构造的示意图。这里， 主扫描面是其中 光束在主扫描方向上扫描的平面， 次扫描面是垂直于主扫描面的平面。图 2 中， 为了便于解 释， 由光束偏转器偏转的光束被图示为与光束未偏转的行进一样。
参考图 1 和图 2， 光扫描单元包括用于发射光束 L 的光源 20、 狭缝 40、 第一光学单 元 50、 光学偏转器 60 和第二光学单元 70。
光源 20 发射光束 L。例如， 发射激光束的半导体激光二极管可以用作光源 20。
狭缝 40 使光源 20 发射的光束 L 成形并可以具有开口， 该开口具有例如圆形或椭 圆形。虽然在图 1 和图 2 中狭缝 40 设置在光源 20 与第一光学单元 50 之间， 但是狭缝 40 的位置不受此限制。例如， 狭缝 40 可以设置在第一光学单元 50 与光学偏转器 60 之间。此 外， 可以省略狭缝 40。
第一光学单元 50 设置在光源 20 与光学偏转器 60 之间， 使光源 20 发射的光束 L 在主扫描方向 x 上准直， 并且在次扫描方向 y 上将光束 L 聚焦到光学偏转器 60 的反射表面 上。第一光学单元 50 可以包括单个变形透镜。第一光学单元 50 执行准直透镜和圆柱透镜二者的功能， 而在常规光扫描单元中包括独立的准直透镜和圆柱透镜。第一光学单元 50 可 以由塑料形成。这里， 主扫描方向 x 是光束 L 关于扫描目标表面 80 扫描的方向， 次扫描方 向 y 是关于扫描目标表面 80 垂直于主扫描方向 x 的方向并且与光学偏转器 60 的旋转轴相 同。
图 3 为根据实施方式在图 1 示出的第一光学单元 50 的示意侧视图。
参考图 3， 第一光学单元 50 的入射表面 50a 和出射表面 50b 的至少之一可以形成 为关于主扫描方向和次扫描方向具有不同折射能力 (refraction power) 的曲面。
图 4A 为根据另一实施方式第一光学单元 50’ 的示意侧视图。图 4B 为图 4A 中所 示的第一光学单元 50’ 的衍射表面的示意图。
参考图 4A 和图 4B， 衍射图案 51 形成在第一光学单元 50’ 的入射表面 50a’ 上。衍 射图案 51 可以形成为锯齿形或阶梯形。
衍射图案 51 可以由表达式 1 的相多项式表示。
【表达式 1】
其中， 表示在形成有衍射图案 51 的衍射区中衍射图案 51 的相 (phase)， 即， 在距 离衍射表面的中心距离 r 的区域中衍射图案 51 的相， m 表示衍射级 (diffraction order)， λ 表示从图 1 中示出的光源 20 发射的光束 L 的波长， 及 c1、 c 2、 c3 和 c4 表示相多项式的系 数。
虽然衍射表面具有图 4B 中的圆形， 但是衍射表面的形状不限于此。例如， 衍射表 面可以具有椭圆形。同样， 虽然在图 4A 和图 4B 中衍射图案 51 形成在第一光学单元 50’ 的 入射表面 50a’ 上， 但是形成衍射图案 51 的表面不限于此， 且衍射图案 51 可以形成在第一 光学单元 50’ 的入射表面 50a’ 和出射表面 50b’ 的至少之一上。
再参考图 1 和图 2， 光学偏转器 60 沿主扫描方向 x 将光束 L 扫描到扫描目标表 面 80 上。例如， 具有多个反射表面的旋转光学多面体可以用作光学偏转器 60。从光源 20 发射的光束 L 被偏转并在光学偏转器 60 的反射表面上朝向扫描目标表面 80 反射， 并且随 着光学偏转器 60 旋转而沿主扫描方向 X 扫描。作为光学偏转器 60 的另一实例， 镜扫描器 (mirror scanner) 可以由微机电系统实现。
第二光学单元 70 是使得被光学偏转器 60 扫描的光束 L 在扫描目标表面 80 上成 像的光学系统， 并且设置在光学偏转器 60 与扫描目标表面 80 之间。第二光学单元 70 可以 由塑料形成。第二光学单元 70 可以具有非球面表面， 该非球面表面以下面的方式改变被光 学偏转器 60 扫描的光束 L， 该光束 L 关于主扫描方向 x 以恒定速度被扫描到扫描目标表面 80 上。同样， 第二光学单元 70 允许光束 L 关于次扫描方向 y 聚焦在光学偏转器 60 的反射 表面和扫描目标表面 80 上。同样地， 第二光学单元 70 可以通过在光学偏转器 60 的反射表 面与扫描目标表面 80 之间建立共轭关系来弥补光学偏转器 60 的旋转轴的振动。虽然在图 1 和图 2 中第二光学单元 70 包括单个透镜， 但也可以包括两个或多个透镜。在第二光学单 元 70 与扫描目标表面 80 之间可以进一步包括用于适当改变光学路径的反射镜 ( 未示出 )。
此时， 根据当前实施方式的光扫描单元与包括单独的准直透镜和圆柱透镜的常规 光扫描单元的区别在于， 第一光学单元 50 包括单个透镜。在常规光扫描单元中， 通过分开
调整准直透镜和圆柱透镜关于光轴的位置而独立调整在主扫描方向 x 上的成像位置和在 次扫描方向 y 上的成像位置。另一方面， 在根据当前实施方式的光扫描单元中， 第一光学单 元 50 通过利用单个透镜来执行准直透镜和圆柱透镜二者的功能， 在主扫描方向 x 上的成像 位置和在次扫描方向 y 上的成像位置不可以容易地独立调整。因此， 在当前实施方式中， 光 扫描单元的光学系统的放大率设计为符合表达式 2。
【表达式 2】
|βm| ＞ |βs|
其中， βm 表示在主扫描方向 x 上光扫描单元的光学系统的放大率， βs 表示在次 扫描方向 y 上光扫描单元的光学系统的放大率。
此外， 第一光学单元 50 和第二光学单元 70 可以设计为使得光扫描单元的光学系 统的放大率满足表达式 3。
【表达式 3】
0.05 ＜ (βs/βm)2 ＜ 0.5
如果光扫描单元的光学系统满足表达式 2 并进一步满足表达式 3， 则与常规光扫 描单元相比， 在主扫描方向 x 上的放大率与在次扫描方向 y 上的放大率之间的放大比相对 小， 由此可减小在次扫描方向 y 上的容差敏感度。这样， 可以确保光扫描单元的光学和机械 特性。例如， 即使当第一光学单元 50 仅参考光束 L 在主扫描方向 x 上的光斑来定位时， 第 一光学单元 50 也可以设置在光扫描单元的容差范围内。同样， 当第一光学单元 50 参考光 束 L 在主扫描方向 x 上的光斑来定位时， 第一光学单元 50 可以通过利用例如接合剂充分固 定在光扫描单元的框架 ( 未示出 ) 上， 因此附加调整元件不是必须的。在此情况下， 可以通 过在竖直方向、 水平方向或光束行进方向上移动第一光学单元 50 以及额外地沿着光束行 进方向围绕轴旋转来定位第一光学元件 50。 此外， 可以通过在竖直方向、 水平方向或光束行 进方向上移动光源 20 来更精确地调整光束 L 的光斑。光源 20 还可以参考光束 L 在主扫描 方向 x 上的光斑来定位而不需要额外的调节元件， 于是通过利用例如接合剂可以固定到光 扫描单元的框架上。
现将描述对于光扫描单元的光学系统的设计条件的实例。
< 实例 1>
表 1 示出图 1 和图 2 所示的光扫描单元的光学系统的光学构造的设计条件。
【表 1】
n d1 d2 d3 d461.526248 14.43 3 43.65 29.2102033313 A CN 102033316说d5 d6 R1明书13.5 90.63 22.465/8 页R2( 主扫描 ) R2( 次扫描 ) R3( 主扫描 ) R3( 次扫描 ) R4( 主扫描 ) R4( 次扫描 ) 参考波长 λ
-11.4871 -8.055 62.5588 -13.037 130.6980 -9.466 786.5nm这里， n 表示第一光学单元 50 和第二光学单元 70 的折射率， d1 至 d6 的每个表示 图 2 所示的光源 20 与扫描目标表面 80 之间的距离或者光源 20 与扫描目标表面 80 之间的 元件的厚度， R1 表示第一光学单元 50 的入射表面 50a 的曲率半径， R2 表示第一光学单元 50 的出射表面 50b 的曲率半径， R3 表示第二光学单元 70 的入射表面 70a 的曲率半径， R4 表示第二光学单元 70 的出射表面 70b 的曲率半径， 参考波长 λ 表示从光源 20 发射的光束 L 的波长。在表 1 中， 除了折射率 n 和参考波长 λ 以外的数值以毫米 (mm) 表示。
在实例 1 中， βm 为 8.9， βs 为 5.52， 因此满足表达式 2 的条件。由于 (βs/βm)2 为 0.38， 所以也满足表达式 3 的条件。
表 2 示出了当第一光学单元 50 最初被定位使得光束 L 在主扫描方向 x 上聚焦在 扫描目标表面 80 上时， 在次扫描方向 y 上光斑尺寸 (spot size) 关于 (βs/βm)2 的不同值 根据第一光学单元 50 的调节量变化。图 5 为示出光斑尺寸在次扫描方向 y 上的变化的曲 线图。这里， 第一光学单元 50 的调节量指的是第一光学单元 50 沿光束 L 的行进方向 z 移 动时的值。
【表 2】
参考表 2 和图 5， 如果 (βs/βm)2 大， 例如， 为 0.54， 则当第一光学单元 50 在行进 方向 z 上移动时， 在次扫描方向 y 上的光斑尺寸， 即， 光束直径变化很大， 由此第一光学单元 2 50 在次扫描方向 y 上的容差敏感度大。另一方面， 如果 (βs/βm) 小， 例如， 为 0.46， 则即 使第一光学单元 50 在光束 L 的行进方向 z 上移动， 在次扫描方向 y 上的光斑尺寸也不会变 化很大， 由此第一光学单元 50 在次扫描方向 y 上的容差敏感度小。如果 (βs/βm)2 更小， 例如， 0.277， 则第一光学单元 50 在次扫描方向 y 上的容差敏感度变得更小。这样， 如果光 扫描单元的光学系统满足表达式 2 和 3， 则第一光学单元 50 在次扫描方向 y 上的容差敏感 度小， 即使在设置第一光学单元 50 时参考光束 L 在主扫描方向 x 上的光斑而定位第一光学 单元 50， 也可以满足光束直径的预设变化容许量， 由此可以解决当第一光学单元 50 包括单 个透镜时会发生的调整问题。
< 实例 2>
表 3 示出当图 4A 和图 4B 中示出的第一光学单元 50’ 具有衍射表面时图 1 和图 2 中示出的光扫描单元的光学系统的光学构造的设计条件。
【表 3】
8102033313 A CN 102033316
说n d1 d2 d3 d4 d5 d6 R1 R2( 主扫描 ) R2( 次扫描 ) R3( 主扫描 ) R3( 次扫描 ) R4( 主扫描 ) R4( 次扫描 ) 参考波长 λ明书1.526248 14.43 3 58.8 38.5 15 95.23 -33 -11.5335 -8.9764 62.6599 -9.21 88.5841 -9.324 786.5nm7/8 页
此时， 第一光学单元 50’ 的衍射表面具有满足表达式 1 的衍射图案 51， 形成在入射 表面 50a’ 上， 并满足表 4 所示的值。
【表 4】
在实例 2 中， βm 为 10.98， βs 为 5.19， 因此满足表达式 2 的条件。由于 (βs/βm)2 为 0.22， 所以也满足表达式 3 的条件。
图 6 为根据本发明实施方式利用光扫描单元 100 的电子照相成像装置的示意结构 图。
参考图 6， 电子照相成像装置可以包括光扫描单元 100、 光敏鼓 200、 显影单元 300、 主充电辊 400、 清洁单元 500、 中间传送带 600、 第一转移辊 700、 第二转移辊 800 以及定影单 元 900。
为了印刷彩色图像， 对于每种颜色可以包括光扫描单元 100、 光敏鼓 200 和显影单 元 300。图 1 和图 2 所示的光扫描单元可以用作光扫描单元 100。四个光扫描单元 100 分 别将四个光束扫描到四个光敏鼓 200 上。光敏鼓 200 是光感受器的实例并包括具有外圆周 的圆柱形金属管， 具有预定厚度的光敏层形成在外圆周上。虽然图 6 未示出， 但是光敏带可 以用作光感受器。光敏鼓 200 的外圆周是扫描目标表面。主充电辊 400 旋转并接触光敏鼓 200， 并且是将光敏鼓 200 的表面充电到均匀电势的充电器的实例。充电偏压施加到主充 电辊 400 上。可以使用电晕充电器 ( 未示出 ) 代替主充电辊 400。光扫描单元 100 在主扫 描方向上扫描根据图像信息调节的光束， 从而在光敏鼓 200 的扫描目标表面上形成静电潜 像。 在此情况下， 随着光敏鼓 200 旋转， 扫描目标表面在次扫描方向上移动， 光扫描单元 100 与水平同步信号同步以在主扫描方向上将光束扫描到扫描目标表面上。因此， 二维静电潜 像形成在光敏鼓 200 的扫描目标表面上。 与诸如黑色 (K)、 品红色 (M)、 黄色 (Y) 和青色 (C) 的四种颜色的图像信息相应的 静电潜像分别形成在四个光敏鼓 200 上。四个显影单元 300 将 K、 M、 Y 和 C 的调色剂分别 提供到光敏鼓 200， 从而形成 K、 M、 Y 和 C 的调色剂图像。中间传送带 600 在接触四个光敏 鼓 200 的同时移动。形成在光敏鼓 200 上的 K、 M、 Y 和 C 的调色剂图像转移到中间传送带 600 上同时因施加到第一转移辊 700 上的第一转移偏压而彼此交叠。在转移之后残留的调 色剂图像被清洁单元 500 去除。转移到中间传送带 600 上的调色剂图像因施加到第二转移 辊 800 的第二转移偏压而被转移到记录介质 P 上。转移到记录介质 P 上的调色剂图案因定 影单元 900 提供的热和压力而被定影到记录介质 P 上， 由此完成印刷操作。
如上所述， 根据实施方式， 由于光扫描单元的光学系统的放大率满足预定的主 / 次扫描放大比， 所以可以减小在次扫描方向上的容差敏感度， 由于包括单个透镜的第一光 学单元使得光束在主扫描方向上准直并在次扫描方向上将光束聚焦到光学偏转器的反射 表面上， 所以光学部件可以容易地定位。 此外， 由于光学部件定位时在次扫描方向上容差敏 感度降低， 所以可以抑制第一光学单元设置在光扫描单元中时产率的减小， 并且不需要用 于调整光源等的位置的额外调整元件。
虽然参考本发明的示范性实施方式具体显示和描述了本发明， 然而本领域的普通 技术人员可以理解在不脱离由权利要求所界定的本发明的精神和范围的情况下， 可以作出 形式和细节上的不同变化。