专利名称：级联扫描光学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种级联扫描光学系统，它具有沿着主扫描方向设置、并受控同步工作以实现宽扫描线的多个激光扫描光学系统。
已知有一种级联扫描光学系统，它具有沿着主扫描方向设置以实现宽扫描线的多个激光扫描光学系统。此类型的扫描光学系统公开在1986年元月20日出版的日本专利公开说明书No.61-11720中。此说明书公开了一种具有一对激光扫描光学系统的级联扫描光学系统，每个激光扫描光学系统都有一个激光束发射器，一个用作偏转装置的多面镜，一个fθ透镜，等等。这对激光扫描光学系统被同步地驱动，以便沿着光电导表面上的与感光鼓轴向平行延伸的公共线，向感光鼓的光电导表面(扫描表面)发射相应的扫描激光束。这对扫描激光束分别扫描光电导表面上公共线的两个相邻区域，从而在一个宽的区域内沿着主扫描方向扫描感光鼓的光电导表面。
在这种类型的级联扫描光学系统中存在着一个重要问题，有待解决。即从级联扫描光学系统的一个激光扫描光学系统发射的扫描激光束在感光鼓上产生的一条扫描线，与从级联扫描光学系统的另一个激光扫描光学系统发射的扫描激光束在感光鼓上产生的另一条扫描线，如何能够精确地联合，以使之在主扫描方向或分扫描方向上既不互相分离又不互相重叠，就是说利用上述独立扫描线的组合形成一条直的连续扫描线。
在以下情况下，即若级联扫描光学系统的每一个激光扫描光学系统被设计成非远心光路系统，且其中扫描激光束相对于感光鼓的光电导表面的入射角随扫描激光束的扫描光斑在光电导表面上沿主扫描方向的位置变化而改变的话，则由一个激光扫描光学系统产生的扫描线，就不能和另一个激光扫描光学系统产生的另一个扫描线在感光鼓的光电导表面上精确地结合。也即如果光电导表面偏离其初始位置即使一个微小量，则在主扫描方向上那些扫描线也会有一定量的相互分离或相互重叠。
在下面的情况下，即若级联扫描光学系统的每个激光扫描光学系统被设计为远心光路系统，且其中每个激光扫描光学系统的扫描激光束总是沿着与感光鼓轴向相垂直的方向，尤其是沿着正交于感光鼓母线(generatrices)的方向，入射在光电导表面上，则不会发生在非远心光路系统情况下的前述问题，但是必须使每一个激光扫描光学系统设置在分扫描方向的不同位置处，以使各个激光束相对于光电导表面的角度不同，从而防止各个激光束互相干扰。然而，在这种设置中，如果光电导表面偏离其初始位置即使一个很小量，那么一个激光扫描光学系统产生的一个扫描线与另一个激光扫描光学系统产生的另一个扫描线，在分扫描方向上也会互相偏离，并且相应地使前一个扫描线与后一个扫描线在主扫描方向不能互相结合，致使通过结合穿过感光鼓光电导表面的主扫描方向延伸的那些扫描线而产生的宽扫描线不能形成。
本发明的主要目的在于提供一种级联扫描光学系统，其中一个激光扫描光学系统发射的扫描激光束产生的扫描线与另一个激光扫描光学系统发射的扫描激光束产生的另一个扫描线，在感光鼓光电导表面上的主扫描或分扫描方向上不会互相偏离，从而通过结合那些扫描线而形成一条直的且连续的宽扫描线。
为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种级联扫描光学系统，它包括多个用于发射激光束以扫描部件表面的激光扫描光学系统，和一个设置在多个激光扫描光学系统与上述部件之间光路上的分束器，使透过此分束器的第一激光束和由此分束器反射的第二激光束投射到所述表面公共线的各自区域上；其中多个激光扫描光学系统的每一个都是一个远心光路系统。借助于这种装置，即使部件表面在接近或离开多个激光扫描光学系统的方向上偏离其初始位置，上述第一和第二激光束仍然都保持入射到部件表面的垂直于其上前述公共线的方向上，从而使由第一和第二扫描激光束形成的两个扫描线的相对端，即便在部件表面在接近或离开多个激光扫描光学系统的方向上偏离其初始位置的情况下，也不会互相分离或互相重叠。
优选地，所述部件为一个感光鼓，其外围具有前述的表面，其中分束器设置在所述光路使第一和第二激光束投射在所述表面上沿感光鼓轴向延伸的公共线的相应区间上，并且其中第一和第二激光束沿着垂直于感光鼓轴向的方向入射在所述表面上。
优选地，此级联扫描光学系统还包括一个反射镜，被设置在邻近所述分束器的位置，以便将多个激光扫描光学系统之一发出的激光束沿着第一方向反射到分束器的一侧，其中多个激光扫描光学系统的另一个设置为使其发出的激光束沿着与第一方向垂直的第二方向投射到分束器的另一侧。
优选地，前述多个激光扫描光学系统的一个与前述多个激光扫描光学系统的另一个，都用同样的光学元件构成。所述的光学元件最好包括一个激光束发射器，一个多面镜，一个fθ透镜和一个聚焦透镜。
优选地，前述的多个激光扫描光学系统的一个与前述的多个激光扫描光学系统的另一个，互相平行地设置。
优选地，前述多个激光扫描光学系统的一个与前述多个激光扫描光学系统的另一个，分别配有一个多面镜，这两个多面镜以相反的旋转方向旋转。
根据本发明的另一方面，提供了一种级联扫描光学系统，它包括分别发出激光束以扫描一个感光鼓的光电导表面的一对激光扫描光学系统，和一个分束器，分束器被设置成，使透过该分束器的第一激光束和该分束器反射的第二激光束投射到光电导表面时，落在沿所述感光鼓轴向延伸的公共线的相应区间上；其中这对激光扫描光学系统都是远心光路系统，通过该系统的第一和第二激光束以垂直于感光鼓轴向的方向入射在光电导表面上。
下面参照附图对本发明作详细描述，附图中相同的标记表示相同的部件，其中
图1为采用本发明的级联扫描光学系统的第一实施例的透视图，其中只画出了主要元件；图2是图1所示级联扫描光学系统的平面图；图3是图2所示级联扫描光学系统从图2左边观看的侧视图；图4是图2所示级联扫描光学系统从图2下边观看的视图；和图5是采用本发明级联扫描光学系统的第二实施例的透视图，其中只画出了主要元件。
图1至图4表示了级联扫描光学系统的第一实施例，它用于扫描设置在激光打印机中的感光鼓(旋转部件)10的光电导表面。此级联扫描光学系统设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，设置有相同的光学元件或部件，也就是说，第一扫描光学系统20A具有一个激光束发射器21A，一个多面镜22A，一个fθ透镜组23A和一个聚焦透镜24A；而第二扫描光学系统20B具有一个激光束发射器21B，一个多面镜22B，一个fθ透镜组23B和一个聚焦透镜24B。fθ透镜组23A和23B分别包括两个透镜元件，如图1或2所示。由激光束发射器21A发出并由多面镜22A折射的激光束和由激光束发射器21B发出并由多面镜22B折射的激光束，分别扫描感光鼓10的光电导表面上的沿感光鼓轴向延伸的公共线上的互相邻接的不同区域。也就是说，形成在感光鼓10光电导表面上的扫描线，一半是由激光束发射器21A发出的激光扫描而得；另一半是由激光束发射器21B发出的激光扫描而得，如图1所示。
第一和第二扫描光学系统20A和20B分别由壳体25A和25B支撑，壳体25A和25B互相平行放置，并且既在感光鼓10的垂直方向(如图3所示的垂直方向)又在其轴向互相分离。另外，壳体25A和25B被设置在水平方向的不同位置，如图3所示。
用一个狭长且固定不动的半反射镜26作为分束器，它在主扫描方向(图2所示的左右方向)上沿第一和第二扫描光学系统20A和20B延伸。半反射镜26设置在聚焦透镜24A之前，并与聚焦透镜24A和半反射镜26之间的激光束光路成45°夹角，以使从聚焦透镜24A发出的激光束入射到半反射镜26的一侧(第一侧面)。从聚焦透镜24A发出的激光束直接入射在半反射镜26上，此入射激光束的一部分透过半反射镜26，而其余部分经半反射镜26反射、入射到感光鼓10的光电导表面上。
这里提供了一个在主扫描方向上平行于半反射镜26延伸的、狭长且固定不动的反射镜27，它设置在半反射镜26之上聚焦透镜24B之前，并与聚焦透镜24B和反射镜27之间的激光束光路成45°的夹角，以使反射镜27反射的激光束入射在半反射镜26的另一侧(第二侧面)。从聚焦透镜24B发出的激光束直接入射在反射镜27，并由其全部反射到半反射镜26。从聚焦透镜24B发出的由反射镜27全部反射的激光束，沿正交于聚焦透镜24A发出至半反射镜26的激光束(即第一扫描光学系统20A发出的激光束)的方向入射到半反射镜26上。反射镜27由壳体25B支撑，而半反射镜26由相对于壳体25A和25B固定的支撑部件支撑(未画出)。
如图1所示，反射镜27的长度应足以接收从聚焦透镜24B发出的激光束，而半反射镜26的长度比反射镜27要长得多，约为反射镜27长度的两倍，以接收从第一和第二扫描光学系统20A和20B发出的激光束。
由激光束发射器21A发出并随后由多面镜22A反射的激光束，由fθ透镜组23A会聚在主扫描和分扫描方向上。然后，此会聚激光束由聚焦透镜24A准直成一条准直激光束，在表示fθ透镜特征的等式“y＝fθ”中的“θ”等于零(θ＝0)情况下，该准直激光束沿着平行于fθ透镜组23A与聚焦透镜24A之间最短光路的方向传播。此准直激光束入射在半反射镜26上。
类似地，由激光束发射器21B发出并随后由多面镜22B反射的激光束，由fθ透镜组23B会聚在主扫描和分扫描方向上。然后，此会聚激光束由聚焦透镜24B准直成一条准直激光束，在表示fθ透镜特征的等式“y＝fθ”中的“θ”等于零(θ＝0)情况下，该准直激光束沿着平行于fθ透镜组23B与聚焦透镜24B之间最短光路的方向传播。此准直激光束入射在反射镜27上。
按照上述设置，由聚焦透镜24A发出并由半反射镜26部分地反射的激光束，和由聚焦透镜24B发出并由反射镜27反射再部分地透过半反射镜26的另一激光束，在一共同的平面内分别传播；并总是以垂直于感光鼓10旋转轴10a的方向(即垂直于感光鼓10轴向的方向)入射在感光鼓10的光电导表面上，特别是以正交于感光鼓10母线的方向，并且相应地，第一和第二扫描光学系统20A和20B都是远心系统。
因而，第一扫描光学系统20A发出的扫描激光束与第二扫描光学系统20B发出的另一扫描激光束，通过半反射镜26和反射镜27分别投射在感光鼓10的光电导表面上，且位于沿感光鼓10轴向延伸的一条公共线上，它们分别投射在此公共线的邻接不同区间，从而在感光鼓10的光电导表面上形成一条直的连续的宽扫描线。
多面镜22A以顺时针方向旋转，而多面镜22B以逆时针方向旋转，如图2所示。也就是说，多面镜22A和22B以相反的旋转方向进行旋转，因此从感光鼓10光电导表面大致中心，沿着相反方向朝着其相应的相对两端对其进行扫描。反射镜28A固定地设置在壳体25A中，其位置为，当多面镜22A旋转时在每一次扫描中扫描激光束通过半反射镜26而入射到感光鼓10光电导表面之前，它能够接收到来自fθ透镜组23A的扫描激光束。由反射镜28A反射的激光束入射的激光束探测器29A上，该探测器固定于壳体25A中与反射镜28A相对的位置。同样，反射镜28B固定于壳体25B中，以便在多面镜22B旋转时在每一次扫描中扫描激光束通过反射镜27入射到感光鼓10光电导表面之前，该反射镜能够接收到来自fθ透镜组23B的扫描激光束。由反射镜28B反射的激光束入射的激光束探测器29B上，该探测器固定于壳体25B中与反射镜28B相对的位置。用于判定第一和第二扫描光学系统之间边界的激光束探测器30固定地设置在半反射镜26前面，即图2所示的其下部，该位置对应于聚焦透镜24A和24B的相对端，这些端在垂直方向互相相对，如图2所示。
如图3所示，来自聚焦透镜24A并部分地透过半反射镜26的激光束和来自聚焦透镜24B并由反射镜27反射再由半反射镜26部分地反射的激光束，在分别入射到感光鼓10的光电导表面上公共线的相应不同邻接区间之际，都先入射到激光束探测器30上。
根据给定的图象数据分别控制激光束发射器21A和21B，以对其激光发射进行开和关，从而在感光鼓10的光电导表面上产生一对应像(电荷潜像)，然后根据电子照相方法将产生在感光鼓10光电导表面上的该图像转印到平面纸张上。
根据级联扫描光学系统的第一实施例，通过用激光束探测器29A，29B和30同步地控制多面镜22A和22B，以使第一扫描光学系统20A发出的扫描激光束光斑的扫描起始点与第二扫描光学系统20B发出的扫描激光束光斑的起始点，在感光鼓10的光电导表面上适当且精确邻接，从而使在主扫描方向上沿相反方向互相分离移动的两个光斑在感光鼓10的光电导表面上形成一条宽的扫描线。随着感光鼓10与每个多面镜22A和22B的旋转运动同步地旋转，在感光鼓10的光电导表面上产生一系列宽的扫描线，从而在感光鼓10的光电导表面获得一定的图像(电荷潜像)。
如上所述，根据本级联扫描光学系统的第一实施例，由第一和第二扫描光学系统20A和20B分别发出的一对扫描激光束，分别入射到感光鼓10的光电导表面上，其方向总是正交于感光鼓10的母线，而无论每个扫描激光束的光斑位于扫描线上其相应的区间在何处。因此，即使感光鼓10的光电导表面在靠近或离开第一和第二扫描光学系统20A和20B的方向上偏离其初始位置，由第一和第二扫描光学系统20A和20B发出的一对扫描激光束产生的两条相应扫描线的相对端也不会互相分离或重叠。另外，第一和第二扫描光学系统发出的这对扫描激光束以相同的方向入射到感光鼓10的光电导表面上，其间没有任何偏斜，从而由这对扫描激光束形成的两条相应扫描线的每个相对端都不会与另一个相对端在分扫描方向发生偏离，即使感光鼓10在接近或离开第一和第二扫描光学系统20A和20B的方向上偏离其初始位置。
图5表示了用于扫描感光鼓10的级联扫描光学系统的第二实施例。第二实施例与第一实施例大致相同，除了以下区别改变了聚焦透镜24B与反射镜27的相应位置，以便将反射镜27安置在聚焦透镜24B之上；第一实施例中的半反射镜26由用作偏振光分束器(PBS)的棱镜26P取代。
棱镜26P具有一偏振面26D，用以反射P偏振光和S偏振光之一种，并透过另一种。由此设置可知，通过采用如下结构，使第一和第二扫描光学系统20A和20B发出的扫描激光束之一成为P偏振光而另一个成为S偏振光，此第二实施例的级联扫描光学系统可以得到于第一实施例中相似的效果。在此第二实施例中，无需设置类似于第一实施例中所用的激光探测器30的激光探测器。
在上述任何一个实施例中，激光扫描光学系统20A和20B可以用任何装置控制其同步，以使相应扫描激光束的相位同步。这就是说，虽然采用激光探测器29A，29B和30作为使所述相位同步的元件，但是也可以采用任何其他传统的使相位同步的部件来代替探测器29A，29B和30。
在上述任一实施例中，虽然仅采用了一对激光扫描光学系统20A和20B来产生宽扫描线，但是也可以在主扫描方向上顺序地设置多于一对的激光扫描光学系统来产生宽的扫描线。
对本文所述的本发明特定实施例可作出显而易见的变化，这种改变仍在本发明构思和权利要求书的范围之内。这表明，此说明书的所有内容只是说明性的，它并不限定本发明的范围。
权利要求
1.一种级联扫描光学系统，包括多个激光扫描光学系统，分别发射一个激光束以扫描一个部件的表面；和一个分束器，设置在所述多个激光扫描光学系统与所述部件之间的光路中，以使透过所述分束器的第一激光束与所述分束器反射的第二激光束投射到所述表面的一条公共线上并位于所述公共线的相应区间，其中所述的多个激光扫描光学系统远心光学系统。
2.如权利要求1所述的级联扫描光学系统，其所述的部件为一个感光鼓，所述的感光鼓外围具有所述的表面，其中所述的分束器在所述光路中这样设置，使得所述第一和第二激光束投射到所述表面的所述公共线上并位于所述公共线的所述相应区间上，所述公共线沿着所述感光鼓的轴向延伸，及其中所述第一和第二激光束沿垂直于所述感光鼓的所述轴向的方向入射到所述表面上。
3.如权利要求1所述的级联扫描光学系统，还包括一个反射镜，它设置在邻近所述分束器的位置，以便将所述多个激光扫描光学系统之一发出的激光束沿着第一方向反射到所述分束器的一侧，其中所述多个激光扫描光学系统的另一个被设置成，使其发出的激光束沿着与所述第一方向正交的第二方向投射到所述分束器的另一侧。
4.如权利要求3所述的级联扫描光学系统，其中所述多个激光扫描光学系统的所述一个和所述多个激光扫描光学系统的所述另一个，由相同的光学元件构成。
5.如权利要求4所述的级联扫描光学系统，其中所述的光学元件包括一个激光束发射器，一个多面镜，一个fθ透镜和一个聚焦透镜。
6.如权利要求3所述的级联扫描光学系统，其中所述多个激光扫描光学系统的所述一个和所述多个激光扫描光学系统的所述另一个，相互平行地设置。
7.如权利要求3所述的级联扫描光学系统，其中所述多个激光扫描光学系统的所述一个和所述多个激光扫描光学系统的所述另一个，分别有一个多面镜，所述多面镜沿着相反的旋转方向进行旋转。
8.一种级联扫描光学系统，包括一对激光扫描光学系统，分别发射一个激光束以扫描一个感光鼓的光电导表面；和一个分束器，设置成使得透过所述分束器的第一激光束与所述分束器反射的第二激光束投射到所述光电导表面的一条公共线上并位于所述公共线的相应区间，所述公共线沿着感光鼓的轴向延伸，其中所述的一对激光扫描光学系统都是远心光学系统，通过它们的所述第一和第二激光束沿着垂直于所述感光鼓的所述轴向的方向入射到所述光电导表面上。
全文摘要
一种级联扫描光学系统,它包括:多个激光扫描光学系统,分别发射一个激光束以扫描一个部件的表面;和一个分束器,设置在多个激光扫描光学系统与部件之间的光路中,以使透过分束器的第一激光束与分束器反射的第二激光束投射到部件表面的一条公共线上并位于该公共线的相应区间,该多个激光扫描光学系统远心光学系统。
文档编号H04N1/192GK1177114SQ97117688
公开日1998年3月25日 申请日期1997年8月25日 优先权日1996年8月26日
发明者高野正寿, 高杉英次, 菊地信司, 佐藤勉, 齐藤裕行, 荒木佳幸, 饭间光规, 佐佐木隆, 饭隆之 申请人:旭光学工业株式会社