申请/专利权人：珠海奔图电子有限公司

申请日：2018-12-29

公开（公告）日：2020-07-17

公开（公告）号：CN109633894B

主分类号：G02B26/10(20060101)

分类号：G02B26/10(20060101);G03G15/04(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.07.17#授权;2019.05.10#实质审查的生效;2019.04.16#公开

摘要：本发明提供一种光学扫描设备和图像形成设备，包括光源，用于发射光束；第一光学单元，用于使所述光源发出的光束在主扫描方向上准直，在副扫描方向上聚焦；光学偏转器，用于偏转所述光源发射的光束；成像光学系统，用于将所述光学偏转器偏转的光束引导至被扫描面上成像；所述光学偏转器在以最大偏转角度对所述光源发射的光束进行偏转时，所述成像光学系统的出射光束在所述主扫描方向上与被扫描面的法线形成最大入射夹角φmax，且成像光学系统成像在被扫描面上的光斑的光斑倾斜率满足：从而降低转印图像边缘模糊的可能性，提高了光学扫描成像质量。

主权项：1.一种光学扫描设备，包括：光源，用于发射光束；第一光学单元，用于使所述光源发出的光束在主扫描方向上准直，在副扫描方向上聚焦；光学偏转器，用于偏转所述光源发射的光束；成像光学系统，用于将所述光学偏转器偏转的光束引导至被扫描面上成像；其特征在于，所述光学偏转器在以最大偏转角度对所述光源发射的光束进行偏转时，所述成像光学系统的出射光束在所述主扫描方向上与被扫描面的法线形成最大入射夹角φmax，且所述成像光学系统成像在所述被扫描面上的光斑的光斑倾斜率满足如下公式一： 其中，a为所述光斑在所述主扫描方向上的尺寸大小；e为光斑倾斜量，且b为所述光斑在副扫描方向上的尺寸大小，所述副扫描方向与所述主扫描方向垂直；β为所述成像光学系统的出射光束在所述副扫描方向上与所述被扫描面的法线形成的夹角。

全文数据：光学扫描设备和图像形成设备技术领域本发明涉及光学扫描技术，尤其涉及一种光学扫描设备和图像形成设备。背景技术光学扫描设备广泛应用于打印成像、图文复印、激光打码及医学影像等图像形成领域中。例如在记录介质上形成图像的打印机或复印机产品中，使用光学扫描设备在感光鼓的被扫描面上扫描形成静电潜像，然后进行显像处理后转印在纸面实现打印或复印。而光学扫描设备的尺寸对整体产品的体积影响较大，为了减小整体产品的体积，需要在保证扫描精确度及扫描质量的前提下实现光学扫描设备的小型化。现有的光学扫描设备，通过改变透镜系统的折射率和表面曲率等方式加大主扫描方向的最大扫描入射角度，减短光路，以减小光学扫描设备的体积。但是光束入射在感光鼓的最大扫描入射角度过大容易导致感光鼓的边缘两端曝光点位置倾斜，从而增大了实际曝光点尺寸，进而导致转印图像的边缘模糊。现有的光学扫描设备的成像质量不高。发明内容本发明提供一种光学扫描设备和图像形成设备，提高了光学扫描成像的质量，改善了转印图像边缘模糊的问题。根据本发明的第一方面，提供一种光学扫描设备，包括：光源，用于发散光束；第一光学单元，用于使所述光源发出的光束在主扫描方向上准直，在副扫描方向上聚焦；光学偏转器，用于偏转所述光源发射的光束；成像光学系统，用于将所述光学偏转器偏转的光束引导至被扫描面上成像；所述光学偏转器在以最大偏转角度对所述光源发射的光束进行偏转时，所述成像光学系统的出射光束在所述主扫描方向上与被扫描面的法线形成最大入射夹角φmax，且所述成像光学系统成像在所述被扫描面上成像形成光斑的光斑倾斜率满足如下公式一：其中，a为所述光斑在所述主扫描方向上的尺寸大小，e为光斑倾斜量，且b为所述光斑在副扫描方向上的尺寸大小，所述副扫描方向与所述主扫描方向垂直，β为所述成像光学系统的出射光束在所述副扫描方向上与所述被扫描面的法线形成的夹角。可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，所述φmax满足如下公式二：35°≤φmaxmax单位：°52.08有效扫描宽度W单位：mm216Fθ系数K单位：mmrad118.826最大扫描高度Ymax单位：mm±108最大入射角φmax单位：°36.84激光波长λ单位：nm788透镜折射率n1.535光学偏转器4至透镜入射面的距离L1单位：mm21.9透镜厚度L2单位：mm9.0透镜出射面至感光单元表面的距离L3单位：mm95.8如表一所示，光学扫描设备的最大有效扫描角度一半可以为52.08°，其中，最大有效扫描角度可以理解为是成像光学系统5入射光的最大有效扫描角度。光学扫描设备的有效扫描宽度可以为216mm，可以理解为是成像光学系统5出射光在被扫描面6沿主扫描方向上的扫描宽度，也可以理解为是被扫描面6上沿主扫描方向上的有效宽度，例如打印机中感光鼓的横向有效扫描宽度。光学扫描设备的最大扫描入射角为φmax时36.84°，感光体上光斑位置距离光轴中心的距离为焦距，φmax为36.84°时光学扫描设备的最大扫描高度可以为108mm。光学扫描设备在主扫描方向上入射在被扫描面6的最大入射角可以为36.84°，可以理解为在主扫描方向上的最外侧的偏转光束与被扫描面6的法线形成的角度。光源1可以是采用激光二极管laserdiode，简称：LD的点光源，且光源1的激光波长可以为788纳米。成像光学系统5可以是F-θ透镜，所述F-θ透镜的折射率可以为1.535。所述光学偏转器4的偏转面至所述F-θ透镜的主光轴入射面的距离可以为21.9mm，参见图1所示的L1。所述F-θ透镜的主光轴透镜厚度可以为9mm，参见图1所示的L2。所述F-θ透镜的主光轴出射面沿所述主光轴方向至所述被扫描面6的距离可以为95.8mm，参见图1所示的L3。为了满足上述公式一，可以采用多种实现方式，例如所述φmax满足如下公式二：35°≤φmax45°公式二。可选地，所述φmax可以为35°，能够获取到较小的光斑倾斜量和光斑倾斜率。以下通过三组实施方案进行不同大小光斑在不同φmax情况下的光斑倾斜量和光斑倾斜率分析。其中实施方案1中β为5°，实施方案2中β为7°，实施方案3中β为10°。表二是实施方案1的数据示例。实施方案1中β设定为5°，对应不同光斑的尺寸，以及对应不同的Φmax时，光斑倾斜量e，以及光斑倾斜率ea的数值如下。表二表三是实施方案2的数据示例。实施方案1中β设定为7°，对应不同光斑的尺寸，以及对应不同的Φmax时，光斑倾斜量e，以及光斑倾斜率ea的数值如下。表三表四是实施方案3的数据示例。实施方案1中β设定为10°，对应不同光斑的尺寸，以及对应不同的Φmax时，光斑倾斜量e，以及光斑倾斜率ea的数值如下。表四表二至表四中的7个光斑尺寸，是最通用的光斑尺寸。通常在实现600dpi分辨率的激光扫描设备中的光斑尺寸在主扫描方向上为60～80μm，而在副扫描方向上为70～90μm。参考图8，是光束入射感光鼓表面时的光能分布比对图。图8中采用的是主扫描方向光斑大小a＝60μm，副扫描方向光斑大小b＝80μm的光束，对应表二至表四中的光斑2。图8是对光斑倾斜情况的直观比较。图8中Φ＝0°表示光束入射感光鼓表面与成像光学系统5的主光轴交点位置的光斑光能分布图。在与Φ＝0°对应的三幅光能分布图中光斑是没有产生倾斜的，对应打印的画质最优。与Φ＝35°对应的光能分布图，可以看到光斑是有轻微倾斜的，但不明显。与Φ＝45°对应的光能分布图，光斑倾斜量进一步加大。尤其在β＝10°、Φ＝45°时，其对应的光斑已经具有人眼可识别的明显倾斜，很可能对打印图像的画质产生影响。下面结合上述表二至表四，用光斑倾斜量e和光斑倾斜率ea来对光斑的倾斜状态进行比较。在实施方案1对应的表二和实时方案2对应的表三中，都没有大于10％的光斑倾斜率。实施方案1与图8中第一行光能分布图对应，实时方案2与图8中第二行光能分布图对应。图8中第一行Φ＝35°的光能分布图对应表二中光斑倾斜率4.1％；Φ＝45°的光能分布图对应表二中光斑倾斜率5.8％。表二中各光斑对应的光斑倾斜率，都随着Φ的增大而增大，但均小于10％。图8中第二行Φ＝35°的光能分布图对应表三中光斑倾斜率5.7％，未见明显倾斜；Φ＝45°的光能分布图对应表三中光斑倾斜率8.2％，有轻微倾斜。表三中各光斑对应的光斑倾斜率，都随着Φ的增大而增大，但也均小于10％，未对成像质量和打印图像质量造成影响。图8中第三行Φ＝35°的光能分布图对应表四中光斑倾斜率8.2％，倾斜程度与表三中Φ＝45°对应光斑一致，有轻微倾斜；图8中第三行Φ＝45°的光能分布图对应表四中光斑倾斜率11.8％，有明显倾斜。表四中各光斑对应的光斑倾斜率，也是随着Φ的增大而增大，但有四个大于10％的光斑倾斜率，分别是与Φ＝45°对应的10.3％、11.8％、10.1％和11.3％，都会对成像质量和打印图像质量造成影响。对表二至表四所示数据进行纵向比较，可以得到，β加大之后，同一光斑的光斑倾斜量e以及光斑倾斜率ea的数值都会加大。相应地，参见图8第三列Φ＝45°的光能分布图变化，随着β加大而越倾斜。参见图8中β＝7°对应的三幅光能分布图，Φ＝0°对应的光斑仍然是没有倾斜的；但Φ＝35°对应的光斑相比β＝5°时已经有轻微倾斜，其对应光斑倾斜率为8.2％，仍小于10％；当Φ＝45°时，出现明显倾斜，光斑倾斜率为11.8％。可见β越小，对光斑的倾斜影响越小，参见表二与表三，实施方案2与方案1相比，β从7°减小至5°的情况下，同一光斑的光斑倾斜量e以及光斑倾斜率ea的数值也都减小。在目前常用的七种光斑尺寸参见表二至表四中的光斑1-7上，表一和表二中光斑倾斜率ea最大为8.2％，没有超过10％，都不会对打印画质产生明显影响。与实施方案1以及实施方案2相比，β加大之后，同一光斑的光斑倾斜量e以及光斑倾斜率ea的数值都继续加大，尤其是Φ＝40°时，光斑倾斜率ea的最大值已经达到9.9％，没有超过10％，不会对画像产生显著的影响，可以使用。但是当Φ继续加大到Φmax为45°时，在目前的常用光斑尺寸上，ea的最大值已经达到11.8％，已经超过临界值10％，11.8％与图8中β＝10°，Φ＝45°的光能分布图相对应，其所示光斑已经出现显著的倾斜，在实际画像上已经会产生显著的画像缺陷。上述三个表中7种光斑的尺寸即满足1.0≤ba≤1.33，随着Φ的增大35°增加到45°，同一光斑的光斑倾斜量e也会随之加大，光斑倾斜率ea同样也会加大，但是，只有实施方式3中β＝10°，Φ＝45°时ea存在超过10％的情况，其他组合都不会对画像产生明显的影响。可见在通用的光斑尺寸中，只要将Φ的最大值控制在40°以下，就能保证光斑倾斜率ea小于10％，不会因扫描角过大而对打印的边缘图像质量造成影响。本发明提供的一种光学扫描设备和图像形成设备，包括光源1；光学偏转器4，用于偏转所述光源1发射的光束，使所述光束在主扫描方向上进行扫描；成像光学系统，用于将所述光学偏转器4偏转的光束引导至被扫描面6上成像；所述光学偏转器4在以最大偏转角度对所述光源1发射的光束进行偏转时，所述成像光学系统的出射光束在所述主扫描方向上与被扫描面6的法线形成最大入射夹角φmax，且成像光学系统成像在被扫描面6上成像形成光斑的光斑倾斜率满足：从而降低转印图像边缘模糊的可能性，提高了光学扫描成像质量。光斑的尺寸在其他情况下也可以实现本实施例的方案，本发明并不对此进行限制。作为一种可选的实现方式，以有机光导体OrganicPhotoconductor，简称：OPC作为被扫描面6，在β＝5°的情况下，当ba为1.14时，在主扫描方向，Φ＝36.8°时，通过计算OPC表面副扫描方向的倾斜量e为2.67μm，若在副扫描方向，β＝5.1°，得到光斑倾斜率ea为3.8％，没有超过10％，同样不会影响画像质量。在现有的一些光学扫描设备中，例如现有的一些打印机中的扫描设备，如果β设置过小，而感光鼓表面为金属材质，在副扫描方向入射到感光鼓表面的光束在正入射或者接近正入射的情况下，可以理解为在副扫描方向上入射光束与感光鼓的法线形成的角度为零度或是接近零度，此时部分光束很可能被感光鼓反射回成像光学系统5和光学偏转器4中，然后重新被光学偏转器4偏转至被扫描面6的其他位置，形成“幻影”问题。在一种可选的实现方式中，为了避免“幻影”问题，所述β满足如下公式三：5°≤β≤10°公式三。在多次实验中，β的取值满足公式三的情况下可以具有最优表现。在一种可选的β的取值方式中，结合上述表二至表四对应的实施方案，所述β可以优选为5°或7°，减小光斑倾斜率ea的值，提高成像和打印图像的准确性。在上面各组实验中，光源1、光学偏转器4和成像光学系统5的结构采用相同结构，仅对光斑尺寸、φ以及β进行变量控制。可选地，所述光源1可以是至少一个可调制的点光源，从而对光源发出光束的尺寸进行调制。参见图1，光阑2可以设置在所述点光源1侧，用于使所述光源1发出的光束成形。光阑2可以理解为是具有圆形通孔或方形通孔的光圈，用于对从光源1发射出来的光束成形，以在被扫描面6上形成圆形或方形光斑。光阑2的开口，使光源1发射的光束成形，该开口例如是圆形、或是椭圆形、或是方形。虽然在图1和图2中光阑2设置在光源1和第一光学单元3之间，但是光阑2的位置不受此限制，例如，光阑2可以设置在第一光学单元3和偏转器4之间。此外，还可以省略光阑2。可选地，所述第一光学单元3可以是变形透镜、或柱状准直透镜。变形透镜可以理解为是执行准直透镜和圆柱透二者功能的透镜。可选地，所述光学偏转器4可以包括多面体主体，所述多面体主体的表面形成多个反射镜面。所述多面体主体沿旋转轴旋转，所述旋转轴的中轴线与所述副扫描方向平行。优选地，旋转多面体具有4个反射镜面。参见图9，是本发明实施例提供的一种图像形成设备结构示意图，图9所示的图像形成设备104主要包括：如上述各种实施例中所述的光学扫描设备100，以及感光装置101、显影装置107、转印装置108、定影装置113。其中，感光装置101，具有所述被扫描面6，用于在所述被扫描面6上感应所述光学扫描设备出射的光束形成静电潜像。显影装置107，用于将所述静电潜像显影形成碳粉图像。转印装置108，用来将所述碳粉图像转印到转印介质上。定影装置109，用来对转印介质上的被转印的碳粉图像定影。具体地，继续参见图9，图像形成设备104接收从诸如个人计算机等的外部装置117的代码数据Dc的输入。通过该设备内的控制器111，将代码数据Dc转换成图像信号点数据Di。将图像信号Di输入给根据上述实施例之一的光学扫描设备100。从光学扫描设备100发射根据图像信号Di调制后的光束103，并且光束103在主扫描方向上扫描感光装置101例如是所述感光鼓的感光面所述被扫描面。控制器111不仅进行上述数据转换，而且对诸如后述的电动机105等图像形成设备内的各种部件进行控制。感光装置101作为静电潜像承载构件，由电动机105驱动而顺时针方向转动，并在转动过程中，使得感光装置101的感光面相对于光束103在副扫描方向上移动。感光装置101通过设置在感光装置101上方并与感光面接触的充电辊102，使得感光面均匀带电。在一种实现方式中，充电辊102可以是响应光学扫描设备100的光束103照射，而对感光面充电。即检测到光学扫描设备100发出扫描的光束，则充电辊102对感光面充电。在一种实现方式中，还包括显影装置107显影器。在通过光束103照射感光面，在感光面上形成静电潜像之后，设置在感光装置101的转动方向的下游的与感光面接触设置的显影装置107，从光束103的照射位置开始将静电潜像显影为调色剂图像。以对着感光装置101的方式设置在感光鼓101下游的转印装置108转印辊，将通过显影装置107所显影的调色剂图像转印至转印介质112例如薄片、纸张、相纸等上。将转印介质112储存在感光装置101上游图9的右边的介质存放盒中，并继续保持转印介质的进给。在介质存放盒的边缘处设置进给辊110，从而将介质存放盒内的转印介质112进给至输送路径。将如上所述转印了未定影的调色剂图像的转印介质112进一步输送至感光装置101下游图9的左边的定影装置109。定影装置109包括内置有定影加热器未示出的定影辊113和被设置成向定影辊113施压的加压辊114。定影装置109在加热的同时，在定影辊113和加压辊114的加压部处对从转印辊108输送来的转印介质112施压，从而将未定影的调色剂图像定影在转印介质112上。此外，在定影辊113的下游还可以设置有排出辊对116，从而将定影了调色剂图像的转印介质112从图像形成设备104传输到外部。由此完成印刷操作。在本发明的描述中，需要理解的是，所使用的术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“顶端”、“底端”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”“轴向”、“周向”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或原件必须具有特定的方位、以特定的构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成为一体；可以是机械连接，也可以是电连接或者可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以使两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

权利要求：1.一种光学扫描设备，包括：光源，用于发散光束；第一光学单元，用于使所述光源发出的光束在主扫描方向上准直，在副扫描方向上聚焦；光学偏转器，用于偏转所述光源发射的光束；成像光学系统，用于将所述光学偏转器偏转的光束引导至被扫描面上成像；其特征在于，所述光学偏转器在以最大偏转角度对所述光源发射的光束进行偏转时，所述成像光学系统的出射光束在所述主扫描方向上与被扫描面的法线形成最大入射夹角φmax，且所述成像光学系统成像在所述被扫描面上成像形成光斑的光斑倾斜率满足如下公式一：其中，a为所述光斑在所述主扫描方向上的尺寸大小；e为光斑倾斜量，且b为所述光斑在副扫描方向上的尺寸大小，所述副扫描方向与所述主扫描方向垂直；β为所述成像光学系统的出射光束在所述副扫描方向上与所述被扫描面的法线形成的夹角。2.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其特征在于，所述φmax满足如下公式二：35°≤φmax45°公式二。3.根据权利要求1或2所述的光学扫描设备，其特征在于，所述φmax为35°。4.根据权利要求1或2所述的光学扫描设备，其特征在于，所述β满足如下公式三：5°≤β≤10°公式三。5.根据权利要求4所述的光学扫描设备，其特征在于，所述β为5°或7°。6.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其特征在于，其中60μm≤a≤80μm，70μm≤b≤90μma为所述光斑在所述主扫描方向上的尺寸大小；b为所述光斑在副扫描方向上的尺寸大小。7.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其特征在于，还包括：光阑单元；所述光阑单元使所述光源发射的光束成形。8.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其特征在于，所述第一光学光学单元包括变形透镜，或者包括独立的准直透镜和圆柱透镜。9.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其特征在于，所述成像光学系统为F-θ透镜。10.一种图像形成设备，其特征在于，包括：权利要求1至9任一所述的光学扫描设备；感光装置，具有所述被扫描面，用于在所述被扫描面上感应所述光学扫描设备出射的光束形成静电潜像；显影装置，用于将所述静电潜像显影形成碳粉图像；转印装置，用来将所述碳粉图像转印到转印介质上；定影装置，用来对转印介质上的被转印的碳粉图像定影。

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