具有级联扫描光学系统的扫描设备 本发明涉及一种具有级联扫描光学系统的扫描设备。此扫描设备具有多个沿主扫描方向设置的激光扫描光学系统，这些系统通过控制而互相同步动作从而实现宽扫描线。
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日本公开专利No.60-35712(1985年2月23日出版)或日本公开专利No.61-11720(1986年1月20日出版)中。该两个专利文献中都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。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，即主扫描方向，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地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互相分开也不会互相重叠，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。
在级联扫描光学系统的每个激光扫描光学系统都设计成为非远心系统，所以由通过此系统的扫描激光束相对光导电鼓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时，则通过一个激光扫描光学系统在光导电鼓的光导电面上所画出的扫描线不会精确地与通过另一个激光扫描光学系统所画出的另一条扫描线结合，也即这些扫描线会在主扫描方向上互相分开或互相重叠一定长度，即使光导电面与其原来位置只有一点点错位。
在级联扫描光学系统的每个激光扫描光学系统都设计成为远心系统，所以通过此系统的扫描激光束相对光导电鼓的光导电面的入射方向永远是在垂直于光导电鼓的轴向方向，特别是在光导电鼓母线的正交方向上时，则不会出现在非远心系统情况下的上述问题，但必须对要在副扫描方向上不同位置设置的每个激光扫描光学系统相对光导电面区分各激光束的角度，以便防止各激光束互相干涉。但是，采用这种设备时，如果光导电面即使与其原来位置只有一点点错位，通过一个激光扫描光学系统在光导电鼓上所画出的扫描线与通过另一个激光扫描光学系统所画出的另一条扫描线会在副扫描方向上互相错位，所以前一条扫描线和后一条扫描线不会在主扫描方向上互相结合，于是无法通过将上述两条扫描线结合而形成一条在鼓的光导电面的主扫描方向上延伸的宽扫描线。
级联扫描光学系统一般对每个激光扫描光学系统有一个固定于一个位置用来在扫描激光束开始生成扫描线之前检测扫描激光束的激光束检测器，于是可利用此激光束检测器检测在鼓的光导电面上写入的每条扫描线的开始位置。在激光束检测器检测到扫描激光束的时刻之后经过一预先确定的时间间隔后就开始生成要生成的每一条扫描线。
但是，在一个或多个激光束检测器由于使其固定的机壳发生变形而从原来的位置移开的情况下，比如在温度、湿度等发生变化时就会引起这种现象，则各条扫描线在光导电面上的写入开始位置也会从其原来位置移开，即使每一条要生成的扫描线是在激光束检测器检测到扫描激光束的时刻之后经过一预先确定的时间间隔后开始生成。日本公开专利No.60-35712(1985年2月23日出版)披露了一种利用其中只设置一个激光束检测器的装置来克服这一问题的办法。这一装置在激光束检测器从其原来位置的偏离是在平行于主扫描方向的方向上时是有效的。但是，这一装置在激光束检测器从其原来位置的偏离不是在平行于主扫描方向的方向上时是无效的。
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，在该系统中从一个激光扫描光学系统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发射的扫描激光束所产生另一扫描线在扫描面的主扫描方向上既不会互相分开也不会互相重叠。
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。此扫描设备包括：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；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，其中第一和第二激光扫描光学系统的每一个都是远心系统；一个分束器，其位置的设置可以使由此分束器所反射的第一扫描激光束的第一部分和透过此分束器的第二扫描激光束的第一部分到达扫描面上的一条公共线，该线在主扫描方向上向其各相应的不同邻接区域延伸以便通过使第一扫描激光束的第一部分和第二扫描激光束的第一部分结合而在扫描面上生成单个一条扫描线；以及一个位置固定的第一激光束检测器，用于检测透过此分束器的第一扫描激光束的第二部分和在第一和第二激光束开始扫描公共线的相应的不同邻接区域时被分束器反射的第二扫描激光束的第二部分。
最好是第一激光束检测器包括一个位于第一激光束检测器的光检测面的前方的截光片，其中的截光片包括在平行于主扫描方向上延伸的直线上的两条平行狭缝。
最好是这两条平行狭缝是在主扫描方向的法线方向上延伸。
最好是这一扫描设备还包括一个在其周边上具有扫描面的鼓。
最好是这一扫描设备还包括：一个固定于一个位置用来在第一扫描激光束开始扫描公共线的相应的不同邻接区域的一个区域之前时检测第一扫描激光束的第二激光束检测器；一个固定于一个位置用来在第二扫描激光束开始扫描公共线的相应的不同邻接区域的另一个区域之前时检测第二扫描激光束的第三激光束检测器；在第二激光束检测器检测到第一扫描激光束时开始计数并且其后在第一激光束检测器检测到第一扫描激光束时停止计数以输出第一计数时间值的第一计数器；在第一激光束检测器检测到第二扫描激光束时开始计数并且其后在第三激光束检测器检测到第二扫描激光束时停止计数以输出第二计数时间值的第二计数器；以及一个用于根据第一计数时间值调节在第一扫描激光束在公共线的相应的不同邻接区域之一上开始生成第一扫描线的扫描面上的第一位置并根据第二计数时间值调节在第二扫描激光束在公共线的相应的不同邻接区域的另一区域上开始生成第二扫描线的扫描面上的第二位置的控制器，第一和第二扫描线合起来形成单个一条扫描线。
最好是扫描设备还包括一个与分束器邻接的反射镜用来在第一方向上反射第二扫描激光束使之射向分束器的一面，其中第一扫描光学系统相对第二扫描光学系统的设置使第一扫描激光束可在垂直于第一方向的第二方向上入射到分束器的另一面。
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设置成互相平行。
最好是第一激光扫描光学系统包括一个用于偏转第一扫描激光束的第一多面反射镜，并且第二激光扫描光学系统包括一个用于偏转第二扫描激光束的第二多面反射镜。
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是图1所示的级联扫描光学系统的平面图；
图3是图1所示的级联扫描光学系统的侧视图(从图2的左侧观察的视图)；
图4是图1所示的级联扫描光学系统的侧正视图(从图2的下边观察的视图)；
图5是用于检测扫描线对之间的边界的激光束检测器的分解透视图；
图6是用于延迟各条扫描线的写入开始的时间间隔确定电路的一个实施例的框图，其中示出的只是电路的基本零件；
图7是示出各激光束检测器输出信号定时的时序图。
图1至图4示出用于对装置于激光束打印机(扫描设备)中的光导电鼓(转动构件)10的光导电表面进行扫描的级联扫描光学系统的一实施例。这一级联扫描光学系统具有一对激光扫描光学系统，即第一扫描光学系统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具有相同的光学零件，即第一扫描光学系统20A的构成包括一光学准直单元21A用作激光束发射器、一圆柱透镜19A、一多面反射镜22A、一fθ透镜组23A和一聚光透镜24A，而第二扫描光学系统20B的构成包括一光学准直单元21B用作激光束发射器、一圆柱透镜19B、一多面反射镜22B、一fθ透镜组23B和一聚光透镜24B。从图1和图2中可以看出fθ透镜组23A和23B中的每一个都由两个透镜件组成。由激光准直单元21A射出的激光束通过圆柱透镜19A投射到多面反射镜22A，而由激光准直单元21B射出的激光束通过圆柱透镜19B投射到多面反射镜22B。由多面反射镜22A和22B偏转的两条激光束入射到光导电鼓10的光导电面上在延伸于鼓10的轴向方向上的公共线上扫描相应的互相邻接的不同表面。也即在鼓10的光导电面上形成的扫描线的一半是由发自激光准直单元21A的激光束扫描的，而在鼓10的光导电面上形成的扫描线的另一半是由发自激光准直单元21B的激光束扫描的，如图1所示。
第一和第二扫描光学系统20A和20B分别由机壳25A和25B承载，两者的设置为互相平行并且在垂直方向(图3中所示的垂直方向)以及鼓10的轴向方向上互相分开。另外，机壳25A和25B设置于图3中的水平方向上的不同位置。
此设备中设置有一个细长的固定半透明反射镜26用作分束器，其位置为在主扫描方向(图2中的左右方向)上沿着第一和第二扫描光学系统20A和20B延伸。半透明反射镜26位于聚光透镜24A的前面(即在图3中的聚光透镜24A的右边)，半透明反射镜26的分束面与聚光透镜24A和半透明反射镜26之间的扫描激光束的光路成大约45°角，因而从聚光透镜24A发出的扫描激光束入射到半透明反射镜26一面(第一面)上。从聚光透镜24A发出的扫描激光束直接入射到半透明反射镜26，并且入射的扫描激光束的一部分透过半透明反射镜26，而其余的部分由半透明反射镜26反射而入射到鼓10的光导电面上。
设备中设置有一个细长的固定镜27，其位置为在主扫描方向上与半透明反射镜26平行延伸并位于聚光透镜24B的前面(即在图3中的聚光透镜24B的右边)，反射镜27的反射面与聚光透镜24B和反射镜27之间的扫描激光束的光路成大约45°角，因而由反射镜27反射的扫描激光束入射到半透明反射镜26另一面(第二面)上。从聚光透镜24B发出的扫描激光束直接入射到反射镜27并在其中被全部反射而进入半透明反射镜26。从聚光透镜24B发出并由反射镜27全部反射的扫描激光束是在垂直于从聚光透镜24A发出(即从第一扫描光学系统20A发射的激光束)入射到半透明反射镜26的扫描激光束的方向入射到半透明反射镜26。
如图1所示，反射镜27的长度足以接受从聚光透镜24B所发出的扫描激光束，而半透明反射镜26的长度比反射镜27的长度大很多，大约是反射镜27的长度的一倍，以便接受发自第一和第二扫描光学系统20A和20B两者的扫描激光束。
由多面反射镜22A偏转的激光束由fθ透镜组23A会聚于主扫描方向和副扫描方向。这一会聚激光束然后通过聚光透镜24A投射到半透明反射镜26，使得由聚光透镜24A向半透明反射镜26发射的任何激光束都是平行于fθ透镜组23A的光轴而延伸，其条件为表示fθ透镜特性的方程“y＝fθ”中的“θ”等于零(θ＝0)。
与此类似，由多面反射镜22B偏转的激光束由fθ透镜组23B会聚于主扫描方向和副扫描方向。这一会聚激光束然后通过聚光透镜24B投射到反射镜27，使得由聚光透镜24B向反射镜27发射的任何激光束都是平行于fθ透镜组23B的光轴而延伸，其条件为表示fθ透镜特性的方程“y＝fθ”中的“θ”等于零(θ＝0)。
按照如上的设置，从聚光透镜24B所发射的部分地被半透明反射镜26反射的扫描激光束，和由聚光透镜24B发射的由反射镜27反射并部分地透过半透明反射镜26的另一激光束每一个都在一公共平面内进行，于是永远在垂直于鼓10的转动轴10a的方向上(即在垂直于鼓10的轴向方向的方向上)，特别是在鼓10母线的正交方向上，入射到鼓10的光导电面。
于是，从第一扫描光学系统20A发射的扫描激光束和从第二扫描光学系统20B发射的扫描激光束每一个都通过半透明反射镜26和反射镜27投射到鼓10的光导电面上一条公共线的相应的不同邻接区域上，并从而在鼓10的光导电面上生成一条宽的连续扫描直线。
多面反射镜22A沿顺时针方向转动，而多面反射镜22B沿逆时针方向转动，如图2所示。也即多面反射镜22A和多面反射镜22B沿相对转动方向转动而从鼓10的接近中央处在相反方向上向着相应的相对端扫描鼓10的光导电面。设置于机壳25A中的反射镜28A固定于其位置上以便在多面反射镜22A每次转动进行扫描时在由fθ透镜组23A所发射的扫描激光束通过半透明反射镜26入射到鼓10的光导电面之前接受该激光束。由反射镜28A发射的扫描激光束入射到设置在机壳25A中的激光束检测器29A，该检测器固定在与反射镜28A相对的位置处。与此类似，设置于机壳25B中的反射镜28B固定于其位置上以便在多面反射镜22B每次转动进行扫描时在由fθ透镜组23B所发射的扫描激光束通过反射镜27和半透明反射镜26入射到鼓10的光导电面之前接受该激光束。由反射镜28B发射的扫描激光束入射到设置在机壳25B中的激光束检测器29B，该检测器固定在与反射镜28B相对的位置处。设置在半透明反射镜26前方，即图3中其右方，的激光束检测器30固定在其位置以与聚光透镜25A和26A的相对端相对应，由图2可见该两相对端互相相对。激光束检测器30用于确定由第一扫描光学系统20A向鼓10发射的扫描激光束和由第二扫描光学系统20B向鼓10发射的扫描激光束之间的边界。换言之，激光束检测器30用于使由第一和第二扫描光学系统20A和20B在鼓10的光导电面上分别产生的扫描线对的相对端既不互相分开也不互相重叠。
如图3所示，当第一和第二扫描激光束开始扫描鼓10的光导电面上的公共线的相应各个不同邻接区域时，从聚光透镜24B所发射的部分地透过半透明反射镜26的扫描激光束(下称“第一扫描激光束”)和由聚光透镜24B发射的由反射镜27反射并部分地由半透明反射镜26反射的激光束(下称“第二扫描激光束”)每一个都入射到激光束检测器30上。
激光束检测器30具有一截光片31，其位置在激光束检测器30的光检测面30a的前方。截光片31具有两条在平行于主扫描方向(在图2或图4中的水平方向上)上延伸的直线上的平行缝32A和32B。缝32A和32B每一条都在垂直方向上(如图2或4所示)延伸，即在与主扫描方向的法线方向上延伸。第一扫描激光束在第一扫描激光束进行每次扫描时首先通过缝32B然后通过缝32A入射到光检测面30a，第二扫描激光束在第二扫描激光束进行每次扫描时首先通过缝32A然后通过缝32B入射到光检测面30a。激光束检测器30在接收到通过缝32A和32B入射到光检测面30a是的激光束时就分别输出第一和第二信号S1和S2(见图7)。激光束检测器30的设置使得缝32A和32B的中心正对应于上述的由第一扫描光学系统20A向鼓10发射的扫描激光束和由第二扫描光学系统20B向鼓10发射的扫描激光束之间的边界。
激光准直单元21A和21B都根据给定的图象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象(静电潜像)，并在其后根据通常的电子照相法将这一画在鼓10的光导电面上的图象转移到普通纸上。
图6示出的电路的实施例是对第一和第二扫描光学系统20A和20B的每一个确定延迟每条扫描线的写入开始时间的时间间隔而使用的。由激光束检测器29A输出的信号输入到第一计数器33A和控制电路40，而由激光束检测器29B输出的信号输入到第二计数器33B和控制电路40。由激光束检测器30输出的信号输入到第一和二计数器33A和33B的每一个。第一计数器33A在接收到激光束检测器29A输出的信号时开始计数并且其后在接收到激光束检测器30输出的信号时停止计数以输出计数的时间值(第一计数时间值)到控制电路40。与此类似，第二计数器33B在接收到激光束检测器29B输出的信号时开始计数并且其后在接收到激光束检测器30输出的信号时停止计数以输出计数的时间值(第二计数时间值)到控制电路40。控制电路40根据第一计数时间值确定第一扫描光学系统20A的每条扫描线的写入开始延迟的时间间隔(第一延时值)，而同时根据第二计数时间值确定第二扫描光学系统20B的每条扫描线的写入开始延迟的时间间隔(第二延时值)。控制电路40在设置在控制电路40内的RAM(未示出)中存储经过确定的两个时间间隔值(第一和第二延时值)。在执行扫描操作时，控制电路40利用存储在RAM中的经过确定的相应的时间间隔值控制激光准直单元21A和21B的每一个的发射，以使每条扫描线的写入开始延迟一确定的时间间隔。多面反射镜22A和22B都受到一控制电路(未示出)的同步控制而以固定转速转动。
图7示出表示激光束检测器29A、29B和30所生成的信号定时的时序图。S1代表在激光束检测器30检测到激光束通过缝32A时所生成的信号。S2代表在激光束检测器30检测到激光束通过缝32B时所生成的信号。S10代表在激光束检测器29A检测到激光束时所生成的信号。S20代表在激光束检测器29B检测到激光束时所生成的信号。tA代表在激光束检测器29A检测到从聚光透镜24A通过半透明反射镜26发射的扫描激光束的时刻和其后激光束检测器30检测到同一激光束的时刻之间的时间间隔(与上述第一计数时间值相对应)。tB代表在激光束检测器29B检测到从聚光透镜24B通过反射镜27和半透明反射镜26发射的扫描激光束的时刻和其后激光束检测器30检测到同一激光束的时刻之间的时间间隔(与上述第二计数时间值相对应)。
正如从图7中所示的时序图可以看到的，控制电路40通过计数器33A测量时间间隔tA并利用测得的时间间隔值tA作为对第一扫描光学系统20A的每条扫描线的写入开始进行延迟的时间间隔就能够确定第一扫描光学系统20A在鼓10上的每条扫描线的合适的写入开始位置。控制电路40通过计数器33B测量时间间隔tB并利用测得的时间间隔值tB作为对第二扫描光学系统20B的每条扫描线的写入开始进行延迟的时间间隔就能够确定第二扫描光学系统20B在鼓10上的每条扫描线的合适的写入开始位置。利用时间间隔tA和tB作为用于第一和第二扫描光学系统20A和20B的时间间隔可以有效地防止要在其接合点连接的扫描线对的相对端在鼓10上的光导电面的主扫描方向上互相分开或者互相重叠。
图7(c)示出一时间间隔tB′因为，比如，机壳25B由于温度、湿度等等的变化引起变形而变得比时间间隔tB为长的情况(即激光束检测器29B和激光束检测器30之间的距离变得较长的情况)。甚至在如图7(c)所示的情况下，第二扫描光学系统20B在鼓10上的每条扫描线的写入扫描开始位置可通过利用时间间隔tB′作为第二扫描光学系统20B的每条扫描线的写入开始的延迟时间间隔而得到保持。
根据本实施例，即使在激光束检测器30沿着图1中所示的在与主扫描方向平行延伸的X轴方向上从其原来位置偏移时，由第一和第二扫描光学系统20A和20B产生的扫描激光束的扫描线对的相对端也既不会在主扫描方向上互相离开也不会互相重叠，因为由第一扫描光学系统20A射向鼓10的扫描激光束和由第二扫描光学系统20B射向鼓10的扫描激光束之间的边界也同时在同一方向上同步地偏移，也即第一和第二扫描光学系统20A和20B的每条扫描线在鼓10上各自的写入扫描开始位置也在同一方向上与激光束检测器30一同偏移。
考虑到第一和第二扫描激光束每个激光束入射到激光束检测器30上的的扫描光点的直径与光检测面30a相比相当小，在截光片32中形成的缝32A和32B每一个的宽度都很窄以求提高激光束检测器30检测的位置精度并实现第一和第二扫描激光束的同时检测。如果在截光片32中只有一条缝，那就不可能判断所检测到的激光束是由第一或第二扫描激光束20A或20B的哪一个所发射的。但是，在截光片32中有两条缝32A和32B，这就可以判断所检测到的激光束是由第一扫描激光束20A还是由第二扫描激光束20B所发射的。
在此扫描设备的本实施例中，在接通电源之后开始执行扫描操作之前的任何时候，控制电路40确定第一和第二扫描光学系统20A和20B的第一和第二时间间隔(第一和第二延时值)，并且在控制电路40中的RAM内存储第一和第二延时值。在第一和第二延时值在RAM内存储好之后，激光准直单元21A和21B关掉从而使其进入空闲模式或等待模式。
由上述可知，根据本实施例，借助激光束检测器29A、29B和30可以适当地调节第一和第二时间间隔(第一和第二延时值)而使第一扫描光学系统20A所产生的每条扫描线的写入扫描开始位置和第二扫描光学系统20B所产生的每条扫描线在鼓10的光导电面的主扫描方向上的写入扫描开始位置恰当而准确地互相邻接，既不互相分开也不互相重叠，并且第一和第二扫描激光束的扫描光点在主扫描方向上在相反方向上分开运动，从而在鼓10的光导电面上形成一条宽扫描线。利用光导电鼓10与多面反射镜22A和22B中每一个的转动都同步的转动运动，可以在鼓10的光导电面上形成一系列的宽扫描线，并从而在鼓10的光导电面上获得一定的图象(静电潜像)。
如上面所提到过的，根据本实施例，由第一和第二扫描光学系统20A和20B分别发射的扫描激光束对每一个都总是在与光导电鼓10的母线的正交方向上入射到鼓10的光导电面，只要第一和第二扫描激光束中的每一条的光点是在其相应的区域中的扫描线上。因此，即使鼓10的光导电面在接近或远离第一和第二扫描光学系统20A和20B的方向上略为偏离其原来位置，由第一和第二扫描光学系统20A和20B发射的扫描激光束对所形成的两条相应的扫描线的相对端也既不会互相分开也不会互相重叠。
另外，由第一和第二扫描光学系统20A和20B发射的扫描激光束对是在同一方向上入射到鼓10的光导电面上，它们之间不构成任何交角，所以由扫描激光束对所形成的两条相应的扫描线的相对端中的每一个也都不会在副扫描方向上偏移离开另一个相对端，即使鼓10的光导电面在接近或远离第一和第二扫描光学系统20A和20B的方向上略为偏离其原来位置。
虽然在如上所述的本实施例中只采用了一对激光扫描光学系统20A和20B来形成宽扫描线，但也可以在主扫描方向上并排设置一对以上的激光扫描光学系统来形成更宽的扫描线。
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。