專(zhuān)利名稱(chēng)：具有不對(duì)稱(chēng)曲率的掃描光學(xué)透鏡及使用它的激光掃描單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有不對(duì)稱(chēng)曲率的掃描光學(xué)透鏡以及采用該掃描光學(xué)透鏡的激光掃描單元。特別地，本發(fā)明涉及一種在子掃描方向上具有不對(duì)稱(chēng)曲率的掃描光學(xué)透鏡，以及通過(guò)采用所述掃描光學(xué)透鏡減少偏轉(zhuǎn)單元到感光鼓之間距離的激光掃描單元。
背景技術(shù)：
激光掃描單元(LSU)是一種在打印裝置如激光打印機(jī)中用于將激光束在感光鼓上掃描并成像進(jìn)而形成圖像的成像裝置。圖1為示意性示出了常規(guī)激光掃描單元的示意圖。如圖1所示，激光掃描單元包括激光源11、準(zhǔn)直透鏡12、孔徑光闌13、柱形透鏡14、光束偏轉(zhuǎn)單元15、掃描光學(xué)透鏡16、感光鼓18以及同步信號(hào)檢測(cè)單元19、20和21。從激光源11發(fā)出的激光被準(zhǔn)直透鏡12轉(zhuǎn)換成平行光束，由孔徑光闌13限定平行光束的形狀并且平行光束隨后通過(guò)柱形透鏡14。此時(shí)，柱形透鏡14在子掃描方向上會(huì)聚所述平行光束。此后，會(huì)聚的激光在主掃描方向上(即，在水平方向上)被高速旋轉(zhuǎn)的光束偏轉(zhuǎn)單元15偏轉(zhuǎn)并且通過(guò)掃描光學(xué)透鏡16在感光鼓18上成像。
在此，稱(chēng)作“F-theta透鏡”的掃描光學(xué)透鏡18用于將激光聚焦在感光鼓18的表面上。在圖1所示的裝置中，掃描光學(xué)透鏡16可以相對(duì)于光軸具有恒定的折射率并能夠校正像差。此外，掃描光學(xué)單元16也能夠用于校正光束偏轉(zhuǎn)單元15中偏轉(zhuǎn)光束的偏差(deviation)。
為了實(shí)現(xiàn)該功能，掃描光學(xué)透鏡16具有不同于一般透鏡的特定結(jié)構(gòu)，如圖2A所示。即根據(jù)圖2B所示，主掃描方向截面在入射表面和出射表面處凸出。出射表面為圓弧形，在此入射表面為非圓弧形。如圖2C所示，在子掃描方向截面中，透鏡16中心部分的A-A′截面具有兩邊凸出的形狀，其中入射表面和出射表面都凸出。相反，透鏡邊緣部分的B-B′截面在入射表面處為凹形，而在出射表面處為凸形。
如圖3A和3B的曲線(xiàn)圖所示，子掃描方向截面(sub-scanning directionsection)中入射表面和出射表面的曲率被設(shè)定成在主掃描方向上連續(xù)變化。從曲線(xiàn)圖中可以了解，在入射表面中，曲率相對(duì)于透鏡中心逐漸減少并在邊緣部分處從正(+)變至負(fù)(-)。即隨曲率逐漸減少，中心部分凸起而邊緣部分凹入。同時(shí)，在出射表面中，曲率逐漸增加并相對(duì)于透鏡中心再次開(kāi)始減少?？墒?，由于曲率在出射表面處總為負(fù)(-)，所以出射表面總是凹形。因此，掃描光學(xué)透鏡16為一種在垂直方向和水平方向上具有不同放大倍率的變形透鏡(Anamophic lens)。
盡管上述常規(guī)掃描光學(xué)透鏡16通過(guò)采用一個(gè)透鏡能夠有利地校正光學(xué)像差，但透鏡16在有效掃描角不能增至一個(gè)很大范圍的方面存在不利之處。相應(yīng)地，由于不能夠縮短光束偏轉(zhuǎn)單元15到感光鼓18的距離，而限制了常規(guī)激光掃描單元的小型化。此外，由于掃描光學(xué)透鏡16在子掃描方向上具有相對(duì)高的圖像放大倍數(shù)，使得穩(wěn)定的光學(xué)性能受限于上述范圍，并且限制了打印圖像質(zhì)量的提高。這導(dǎo)致了當(dāng)成像放大倍數(shù)擴(kuò)大時(shí)存在性能不穩(wěn)定性因素以及激光束在成像區(qū)域內(nèi)不均勻的情況。
此外，在研發(fā)用于提供更快打印的多光束激光掃描單元于子掃描方向上具有高的圖像放大倍數(shù)的這種情況中存在一個(gè)缺陷。多光束激光掃描單元在子掃描方向一次掃描多光束激光，并在子掃描方向同時(shí)發(fā)出多光束激光。在多光束激光掃描單元以600dpi的圖像質(zhì)量進(jìn)行打印的情況中，感光鼓18上在子掃描方向的點(diǎn)距大約為42μm?？墒牵喙馐す鈷呙鑶卧谝韵碌那闆r中存在一個(gè)缺陷，即在子掃描方向上圖像放大倍數(shù)大于5倍時(shí)，激光源在子掃描方向上的間距應(yīng)小于10μm，這是難以實(shí)現(xiàn)。
仍進(jìn)一步，常規(guī)掃描光學(xué)透鏡16被設(shè)計(jì)成在凹入方向上的任意點(diǎn)處具有從正(+)變至負(fù)(-)，或從負(fù)(-)變至正(+)的曲率。這就意味著透鏡16在任意點(diǎn)處從凸起狀態(tài)(或凹入狀態(tài))變至平面狀態(tài)，并隨后變至凹入狀態(tài)(或凸起狀態(tài))?？墒?，在曲率符號(hào)改變的情況中，很難形成射入(injecting)掃描光學(xué)透鏡的金屬圖案。因此，存在以下缺陷，難于制造掃描光學(xué)透鏡16并導(dǎo)致以更高成本制造掃描光學(xué)透鏡。
因此，存在對(duì)這樣的裝置和方法的需求，即該裝置和方法能夠?qū)τ诩す鈷呙鑶卧獢U(kuò)大有效掃描角并縮短偏轉(zhuǎn)單元到感光體距離，同時(shí)減少制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明大致解決了上述和其他問(wèn)題，并提供一種即使是在圖像放大倍數(shù)在子掃描方向上更小的情況下仍具有更大的有效掃描角并且可實(shí)行穩(wěn)定的光學(xué)性能的掃描光學(xué)透鏡。
同樣，本發(fā)明提供一種能夠更容易被制造的掃描光學(xué)透鏡。
進(jìn)一步，本發(fā)明提供能夠更大程度小型化且通過(guò)采用所述掃描光學(xué)透鏡提供高的圖像打印質(zhì)量的一種激光掃描單元，尤其是多光束激光掃描單元。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，為激光掃描單元提供一掃描光學(xué)透鏡，其中所述掃描光學(xué)透鏡的子掃描方向截面具有彎月形狀，使得其入射表面和出射表面在透鏡的中心部分處具有相同的曲率符號(hào)，并且其中入射表面和出射表面總是具有負(fù)(-)曲率符號(hào)，以及其中入射表面的曲率絕對(duì)值在中心處為最大值，并在主掃描方向上的兩側(cè)的每一側(cè)處具有至少一個(gè)最小值，且所述最小值的至少一個(gè)近似等于零。在一個(gè)示意性實(shí)施例中，入射表面的子掃描方向截面的曲率絕對(duì)值大于零且小于0.001以便提供近似零的數(shù)值。
此外，透鏡的子掃描方向截面中出射表面的曲率絕對(duì)值在中心處最大，并在主掃描方向上的兩側(cè)的每一側(cè)處具有至少一個(gè)最小值且所述最小值的至少一個(gè)近似等于零，其中兩側(cè)處的最小值彼此不對(duì)稱(chēng)。
仍進(jìn)一步，掃描光學(xué)透鏡的主掃描方向截面具有彎月形，使得其入射表面和出射表面在透鏡中心處具有相同的曲率符號(hào)，并且其中所述入射表面和出射表面的形狀在主掃描方向上相對(duì)于中心對(duì)稱(chēng)變化。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，子掃描方向截面中入射表面和出射表面的曲率在主掃描方向上在大約-0.1至-0.0001的范圍內(nèi)變化。
在掃描光學(xué)透鏡的一個(gè)示例性實(shí)施例中，子掃描方向上的成像放大倍數(shù)被設(shè)定在大約1.0至2.5的范圍內(nèi)，而有效掃描角處于大約85°至大約120°的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的另一方面中，提供一種激光掃描單元，其具有發(fā)射激光的激光源，用于在主掃描方向上偏轉(zhuǎn)所述激光束的光束偏轉(zhuǎn)單元，用于使激光束均勻成像的掃描光學(xué)透鏡以及用于形成潛像的感光體。掃描光學(xué)透鏡的子掃描方向截面具有彎月形，使其入射表面和出射表面在透鏡中心處具有相同的曲率符號(hào)，其中入射表面和出射表面總是具有負(fù)(-)的曲率符號(hào)，并且其中入射表面的曲率絕對(duì)值在中心處具有最大值并在主掃描方向上的兩側(cè)的每一側(cè)處具有至少一個(gè)最小值。所述最小值的至少一個(gè)近似等于零。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，入射表面的子掃描方向的曲率絕對(duì)值大于零且小于0.001以便提供近似零的數(shù)值。
進(jìn)一步，光束偏轉(zhuǎn)單元到感光體的距離處于大約110mm至大約165mm的范圍內(nèi)。
仍進(jìn)一步，光束偏轉(zhuǎn)單元包括用于將主掃描方向上的激光朝感光鼓偏轉(zhuǎn)的多邊形偏轉(zhuǎn)反射鏡，以及用于以恒定速率旋轉(zhuǎn)所述偏轉(zhuǎn)反射鏡的馬達(dá)，其中所述偏轉(zhuǎn)反射鏡包括多個(gè)(例如，四個(gè))反射鏡面。
另外，所述激光源能夠在子掃描方向上發(fā)射多光束激光。


借助參照?qǐng)D的本發(fā)明詳細(xì)示例性實(shí)施例的描述，使得本發(fā)明的上述和其他特征和優(yōu)勢(shì)變得更清楚，在圖中圖1為示意性示出了常規(guī)激光掃描單元的示意圖；圖2A至2D為示出了常規(guī)掃描光學(xué)透鏡形狀的詳細(xì)示意圖；圖3A和3B為分別示出了常規(guī)掃描光學(xué)透鏡的入射表面和出射表面的每一個(gè)表面在子掃描方向曲率的曲線(xiàn)圖；圖4為示意性示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的激光掃描單元和掃描光學(xué)透鏡的示意圖；圖5為示出了反射位置和光束直徑大小怎樣隨偏轉(zhuǎn)反射鏡旋轉(zhuǎn)進(jìn)行變化的示意圖；圖6A和6B為分別示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的掃描光學(xué)透鏡的入射表面和出射表面的每一個(gè)表面在主掃描方向的SAG實(shí)例的曲線(xiàn)圖；圖7A至7D為分別示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的掃描光學(xué)透鏡的入射表面和出射表面的每一個(gè)表面在子掃描方向的曲率和曲率半徑實(shí)例的曲線(xiàn)圖；以及圖8A和8B為分別示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的激光掃描單元中主掃描方向和子掃描方向的每一個(gè)方向上的光束直徑的曲線(xiàn)圖。
在所有圖中，相同的附圖標(biāo)記應(yīng)當(dāng)理解為指代相同的單元、組件和構(gòu)件。
具體實(shí)施例方式
以下，通過(guò)參照?qǐng)D解釋本發(fā)明的幾個(gè)示例性實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。
圖4為示意性示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的激光掃描單元和掃描光學(xué)透鏡的示意圖。
如示出了激光掃描單元在主掃描方向上的成像結(jié)構(gòu)截面的圖4所示，所述激光掃描單元包括用于發(fā)射一束或多光束激光的激光源31，用于限定激光源31所發(fā)出的射線(xiàn)束的孔徑光闌32，用于準(zhǔn)直激光束以形成平行光束的準(zhǔn)直透鏡33，用于在子掃描方向上會(huì)聚平行光束的柱形透鏡34，用于在主掃描方向上偏轉(zhuǎn)激光束并且以恒定速率旋轉(zhuǎn)的光束偏轉(zhuǎn)單元35，用于使激光束在感光體37上均勻成像的掃描光學(xué)透鏡36，以及暴露于激光以便形成潛像的感光體37。在圖4所示的一示例性實(shí)施例中，孔徑光闌32設(shè)置在激光源31和準(zhǔn)直透鏡33之間，而在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，光闌32可設(shè)置在準(zhǔn)直透鏡33和柱形透鏡34之間。此外，在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，激光源31可包括用于在子掃描方向發(fā)射多光束激光的多激光源。
另外，光束偏轉(zhuǎn)單元35包括用于在主掃描方向上將激光束朝感光體37偏轉(zhuǎn)的多邊形偏轉(zhuǎn)反射鏡(以下稱(chēng)作“偏轉(zhuǎn)反射鏡35”)，以及用于以恒定速率旋轉(zhuǎn)所述偏轉(zhuǎn)反射鏡35的馬達(dá)(未示出)。如圖4所示，偏轉(zhuǎn)反射鏡35可包括四個(gè)偏轉(zhuǎn)反射鏡面以允許大的掃描角并減小偏轉(zhuǎn)反射鏡35尺寸。因此，從頂部觀(guān)看時(shí)，偏轉(zhuǎn)反射鏡35可具有大致方形的形狀。
在圖4中，“A”表示用于使激光束在感光體37上均勻成像的掃描光學(xué)透鏡36的有效掃描角，而“L”表示偏轉(zhuǎn)反射鏡35的表面到感光體37的成像表面的距離。如上所述，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種這樣的掃描光學(xué)透鏡36，其容易被制造，具有大的有效掃描角(A)以及偏轉(zhuǎn)反射鏡35表面到成像表面的短距離(L)。此外，與常規(guī)的激光掃描單元相比，掃描光學(xué)透鏡36用于提供小型化的激光掃描單元。
為此，圖4的示例性?huà)呙韫鈱W(xué)透鏡36包括這樣一種類(lèi)型的彎月透鏡，在主掃描方向(即，圖4的Y軸)具有的截面形狀為入射表面和出射表面在中心(即，Y軸的原點(diǎn))處具有相同曲率符號(hào)的截面形狀。入射表面和出射表面的形狀相對(duì)于中心(Y＝0)在主掃描方向幾乎對(duì)稱(chēng)變化。更詳細(xì)地，如圖4所示，掃描光學(xué)透鏡36的主掃描方向上的入射截面在中心處為凸形(即，曲率符號(hào)(+))。另外，在從中心開(kāi)始的正Y方向和負(fù)Y方向，入射截面在激光行進(jìn)方向(即，正Z方向)彎曲，并在透鏡36的端部再次在相反的方向(即，負(fù)Z方向)彎曲進(jìn)而具有凹形。也就是說(shuō)，掃描光學(xué)透鏡36具有在透鏡中心處具有凸形而在中心兩側(cè)具有凹形的入射表面。
圖6A為示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的掃描光學(xué)透鏡的入射表面處主掃描方向的SAG(即，從參考點(diǎn)至激光行進(jìn)方向的透鏡表面深度)實(shí)例的曲線(xiàn)圖。也就是說(shuō)，圖6A示出了在假定透鏡表面在Z軸上的位置處于入射截面中心處的零點(diǎn)時(shí)透鏡表面在Z軸上的位置變化，其依賴(lài)于Y軸上的變化。如圖6A所示，在圖4的示例性?huà)呙韫鈱W(xué)透鏡36中，入射表面的SAG在正Y方向和負(fù)Y方向上連續(xù)而大幅度地增加，并且所述SAG在透鏡36的端部處略微減小。在所述示例性實(shí)施例中，正Y方向和負(fù)Y方向上的SAG大致彼此對(duì)稱(chēng)，無(wú)變化。
進(jìn)一步，掃描光學(xué)透鏡36的主掃描方向上的出射截面在中心(Y＝0)處為凹形(即，曲率符號(hào)(+))。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，當(dāng)曲率符號(hào)為正(+)時(shí)，入射表面為凸形，而當(dāng)曲率符號(hào)為負(fù)(-)時(shí)，入射表面為凹形。可是，當(dāng)曲率符號(hào)為正(+)時(shí)，出射表面為凹形，而在曲率符號(hào)為負(fù)(-)時(shí)，出射表面為圖形。另外，在從中心處開(kāi)始的正Y方向和負(fù)Y方向上，出射截面在激光行進(jìn)方向(即，正Z方向)彎曲并且在相反方向(即，負(fù)Z方向)再次彎曲以形成凹形。即，掃描光學(xué)透鏡36具有在中心處為凹形而在中心兩側(cè)具有凸形的出射表面。
圖6B為示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的掃描光學(xué)透鏡36的出射表面的主掃描方向的SAG實(shí)例的曲線(xiàn)圖。即，圖6B示出了在假定透鏡表面在Z軸上的位置處于出射截面中心處的零點(diǎn)時(shí)透鏡表面在Z軸上的位置變化，其依賴(lài)于Y軸上的變化。如圖6B所示，在圖4的示例性?huà)呙韫鈱W(xué)透鏡36中，出射表面的SAG在正Y方向和負(fù)Y方向上略微增加至最大值。此后，SAG迅速開(kāi)始減小并從透鏡36中心和端部之間的中間點(diǎn)具有負(fù)值。另外，在透鏡36的兩側(cè)處最小化SAG。在所述示例性實(shí)施例中，正Y方向和負(fù)Y方向上的SAG大致彼此對(duì)稱(chēng)，無(wú)變化。
參照?qǐng)D5能夠理解為什么掃描光學(xué)透鏡36的入射表面彼此不對(duì)稱(chēng)。通常，多邊形偏轉(zhuǎn)反射鏡35優(yōu)選地以規(guī)律的速率旋轉(zhuǎn)，同時(shí)激光反射角優(yōu)選地連續(xù)變化，以便在激光掃描單元中的主掃描方向上偏轉(zhuǎn)激光。如圖5所示，激光傾斜地入射在偏轉(zhuǎn)反射鏡35上以便在感光體37右側(cè)方向(即，負(fù)Y方向)上偏轉(zhuǎn)激光，并且激光幾乎垂直地入射在偏轉(zhuǎn)反射鏡35上以便在感光體37左側(cè)方向(即正Y方向)上偏轉(zhuǎn)激光。
可是，如果多邊形偏轉(zhuǎn)反射鏡35旋轉(zhuǎn)并且控制激光的入射和反射角，則激光入射到偏轉(zhuǎn)反射鏡35表面上的位置以及激光從其反射的位置，按照?qǐng)D5所示進(jìn)行變化。此外，由于激光入射在偏轉(zhuǎn)反射鏡35表面的入射角變化，使得反射激光的直徑(即，光束直徑)也略微變化。因此，入射在掃描光學(xué)透鏡36上的激光的直徑和入射角相對(duì)于掃描光學(xué)透鏡36的中心不對(duì)稱(chēng)。相應(yīng)地，為了更均勻地將激光掃描在感光體37上，要求不對(duì)稱(chēng)地設(shè)計(jì)掃描光學(xué)透鏡36。
參照?qǐng)D7A至7D，更詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的掃描光學(xué)透鏡36的子掃描方向(圖4的X軸方向)上的截面形狀。圖7A示出了掃描光學(xué)透鏡36的入射表面的子掃描方向曲率，而圖7B示出了掃描光學(xué)透鏡36的出射表面的子掃描方向曲率。在圖7A和7B中，入射表面和出射表面的曲率符號(hào)在掃描光學(xué)透鏡36的中心處相同。因此，入射表面和出射表面總保持具有負(fù)曲率符號(hào)(-)。相應(yīng)地，掃描光學(xué)透鏡36具有在入射表面總為凹形而在出射表面總為凸形的子掃描方向截面。
更詳細(xì)地，如圖7A入射表面處的子掃描方向曲率的絕對(duì)值在中心(Y＝0)處取最大值。相應(yīng)地，掃描方向曲率的絕對(duì)值在正Y方向和負(fù)Y方向迅速減小，并在透鏡36的端部處略微增加。因此，示例性的掃描光學(xué)透鏡36在透鏡36的兩個(gè)端部處分別具有至少一個(gè)最小值。在所述示例性實(shí)施例中，不對(duì)稱(chēng)地設(shè)計(jì)本發(fā)明的掃描光學(xué)透鏡36使得負(fù)Y方向的最小值近似等于零。
在圖7A的實(shí)例中，負(fù)Y方向的最小值近似等于0.00046(即，入射表面處的子掃描方向曲率為-0.00046)。圖7C示出了入射表面處的子掃描方向的曲率半徑。在圖7C中，在曲率近似等于零的點(diǎn)處曲率半徑近似達(dá)到-2000mm，使得透鏡的入射表面幾乎為平面。在此負(fù)(-)號(hào)表示透鏡的入射表面為凹形。在圖4中所示的本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，優(yōu)選的是入射表面的子掃描方向曲率近似為零，即小于零且大于大約-0.001，并且曲率的絕對(duì)值大于零且小于大約0.001。
如圖7B所示，子掃描方向曲率的絕對(duì)值在根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的掃描光學(xué)透鏡36的出射表面中心(Y＝0)處為最大值。另外，子掃描方向曲率的絕對(duì)值在正Y方向和負(fù)Y方向慢慢減小，并在透鏡36的端部處略微增加。因此，以與入射表面相同的方式，示例性?huà)呙韫鈱W(xué)透鏡36在其兩個(gè)端部處，甚至是在出射表面處具有至少一個(gè)最小值。在所述示例性實(shí)施例中，不對(duì)稱(chēng)地設(shè)計(jì)掃描光學(xué)透鏡36以使其在兩個(gè)端部處具有不同的最小值。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，示例性?huà)呙韫鈱W(xué)透鏡36能夠調(diào)整掃描在感光體上的激光的間距和直徑，并且也能擴(kuò)大有效掃描角進(jìn)而縮短偏轉(zhuǎn)單元到感光體的距離。示例性?huà)呙韫鈱W(xué)透鏡36具有低的成像放大倍數(shù)以便提供穩(wěn)定縮短光學(xué)性能，并能很容易地應(yīng)用于多光束激光掃描單元。此外，由于透鏡表面沒(méi)有從凹形變至凸形或從凸形變至凹形，所以能夠很容易地制造示例性?huà)呙韫鈱W(xué)透鏡。在其中掃描光學(xué)透鏡36于入射表面和出射表面處在正Y方向和負(fù)Y方向具有大約-0.1至大約-0.0001范圍內(nèi)的子掃描方向截面的曲率變化的情況中，可從以下等式(1)中獲得有效掃描角(A)、偏轉(zhuǎn)單元到感光體的距離(L)以及掃描光學(xué)透鏡的子掃描方向的成像放大倍數(shù)(M)。
等式(1)120°≥A≥85°165mm≥L≥110mm2.5倍≥M≥1.0倍在以下的示例性等式(2)和表格1中示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的掃描光學(xué)透鏡36的一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例。首先，在以下等式(2)中表達(dá)出一般掃描光學(xué)透鏡的非球面公式，等式(2)Z=Cyy21+1-Cy2(ky+1)y2+∑m=310AmYmCx(1+∑n=310BnYn)x21+1-Cx2(1+∑n=310BnYn)2x2(Y=y2,Cy=1/Ry,Cx=1/Rx)]]>其中Z表示透鏡表面相對(duì)于激光行進(jìn)方向的深度，x表示子掃描方向的坐標(biāo)，y表示主掃描方向的坐標(biāo)，Rx表示子掃描方向的曲率半徑，Ry表示主掃描方向的曲率半徑，ky表示非球面系數(shù)，而Am和Bn表示分別選定用于設(shè)計(jì)透鏡的系數(shù)值。
為了從等式(2)中獲得具有有效掃描角(A)為104.2°且距離(L)為142.9mm的示例性?huà)呙韫鈱W(xué)透鏡，按照以下表1確定所述系數(shù)。
表1

上述設(shè)計(jì)的掃描透鏡36分別具有如圖6A和6B以及圖7A至7D所示的主掃描方向上的入射表面和出射表面的SAG，以及子掃描方向上的入射表面和出射表面的曲率，。
圖8A和8B為分別示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的采用所述激光掃描透鏡的激光掃描單元中主掃描方向和子掃描方向上光束直徑的曲線(xiàn)圖。
如圖8A和8B所示，反映出采用根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的掃描光學(xué)透鏡的示例性激光掃描單元性能的曲線(xiàn)圖，可確認(rèn)光束直徑的偏差在掃描持續(xù)時(shí)間內(nèi)是非常小的。在曲線(xiàn)圖中，13.5％光束直徑表示激光強(qiáng)度為最大強(qiáng)度13.5％的激光的直徑。
如上所述，示例性?huà)呙韫鈱W(xué)透鏡和采用該透鏡的激光掃描單元可用于調(diào)整間距和掃描到感光體上的激光直徑，并且也能夠擴(kuò)大有效掃描角進(jìn)而縮短偏轉(zhuǎn)單元到感光體的距離。
進(jìn)一步，示例性?huà)呙韫鈱W(xué)透鏡具有低放大倍數(shù)的成像放大倍數(shù)進(jìn)而提供穩(wěn)定的光學(xué)性能，并能夠很容易地應(yīng)用于多光束激光掃描單元。相應(yīng)地，可設(shè)置能夠最小化并體現(xiàn)高的圖像打印質(zhì)量的激光掃描單元，尤其是多光束激光掃描單元。
仍進(jìn)一步，由于透鏡表面未從凹形變至凸形或從凸形變至凹形，相對(duì)容易地處理射入掃描光學(xué)透鏡的金屬圖案。因此，能夠很容易地制造掃描光學(xué)透鏡，并以降低的成本生產(chǎn)該掃描光學(xué)透鏡。
盡管參照本發(fā)明的示例性實(shí)施例已經(jīng)特殊地示出并描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解在不脫離以下權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種改變。
本申請(qǐng)要求享有2004年7月2日在韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局遞交的申請(qǐng)?zhí)枮镹o.10-20040051517的韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容在此結(jié)合引作參考。
權(quán)利要求
1.一種用于激光掃描單元的掃描光學(xué)透鏡，其將一光束偏轉(zhuǎn)單元所偏轉(zhuǎn)的激光傳送到一感光體上，其包括設(shè)定具有彎月形使得一入射表面和一出射表面在所述透鏡的中心部分處具有相同曲率符號(hào)的一子掃描方向截面；設(shè)定成具有負(fù)曲率符號(hào)的所述入射表面和所述出射表面；以及將所述入射表面進(jìn)一步設(shè)定成具有在中心處為最大值的入射表面的曲率絕對(duì)值，并在主掃描方向上在兩側(cè)的每一側(cè)處具有至少一個(gè)最小值，并且其中所述最小值的至少一個(gè)近似等于零。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡，其中，所述入射表面的子掃描方向截面的曲率絕對(duì)值大于零且小于大約0.001。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡，其中，所述透鏡的子掃描方向截面中出射表面的曲率絕對(duì)值在中心處為最大值，并在主掃描方向上在兩側(cè)的每一側(cè)處具有至少一個(gè)最小值，并且其中所述最小值的至少一個(gè)近似等于零，并且兩側(cè)處的最小值彼此不對(duì)稱(chēng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡，其中，所述掃描光學(xué)透鏡的一主掃描方向截面被設(shè)定成具有彎月形，使得入射表面和出射表面在所述透鏡中心處具有相同的曲率符號(hào)，并且其中，所述入射表面和出射表面的形狀在主掃描方向上相對(duì)于中心幾乎對(duì)稱(chēng)變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的透鏡，其中，所述子掃描方向截面中入射表面和出射表面的曲率在主掃描方向上在大約-0.1至-0.0001的范圍內(nèi)變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡，其中，子掃描方向上的成像放大倍數(shù)被設(shè)定在大約1.0至2.5的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡，其中，有效掃描角處于大約85°至大約120°的范圍內(nèi)。
8.一種激光掃描單元，其具有發(fā)射激光的激光源，用于在主掃描方向上偏轉(zhuǎn)所述激光束的光束偏轉(zhuǎn)單元，用于使激光束均勻成像的掃描光學(xué)透鏡以及用于通過(guò)利用激光來(lái)形成潛像的感光體，所述掃描光學(xué)透鏡包括設(shè)定成具有彎月形使得入射表面和出射表面在所述透鏡的中心部分具有相同曲率符號(hào)的一子掃描方向截面；設(shè)定成總是具有負(fù)曲率符號(hào)的所述入射表面和所述出射表面；以及將所述入射表面進(jìn)一步設(shè)定成具有在中心處為最大值的入射表面的曲率絕對(duì)值，并在主掃描方向上在兩側(cè)的每一側(cè)處具有至少一個(gè)最小值，并且其中，所述最小值的至少一個(gè)近似等于零。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光掃描單元，其中，所述入射表面的子掃描方向截面的曲率絕對(duì)值大于零且小于大約0.001。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光掃描單元，其中，所述透鏡的子掃描方向截面中出射表面的曲率絕對(duì)值在中心處為最大值，并在主掃描方向上在兩側(cè)的每一側(cè)處具有至少一個(gè)最小值且所述最小值的至少一個(gè)近似等于零，其中，兩側(cè)處的最小值彼此不對(duì)稱(chēng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光掃描單元，其中，掃描光學(xué)透鏡的主掃描方向截面被設(shè)定成具有彎月形，使得入射表面和出射表面在所述透鏡中心處具有相同的曲率符號(hào)，并且其中，所述入射表面和出射表面的形狀在主掃描方向上相對(duì)于中心對(duì)稱(chēng)變化。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的激光掃描單元，其中，所述子掃描方向截面中所述掃描光學(xué)透鏡的入射表面和出射表面的曲率在主掃描方向上在大約-0.1至大約-0.0001的范圍內(nèi)變化。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光掃描單元，其中，有效掃描角處于大約85°至大約120°的范圍內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光掃描單元，其中，子掃描方向上的成像放大倍數(shù)被設(shè)定在大約1.0至2.5的范圍內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光掃描單元，其中，所述光束偏轉(zhuǎn)單元到感光體的距離處于大約110mm至大約165mm的范圍內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光掃描單元，其中，所述光束偏轉(zhuǎn)單元包括用于在主掃描方向上將激光朝所述感光鼓偏轉(zhuǎn)的一多邊形偏轉(zhuǎn)反射鏡；以及用于以恒定速率旋轉(zhuǎn)所述偏轉(zhuǎn)反射鏡的一馬達(dá)，其中，所述偏轉(zhuǎn)反射鏡包括至少四個(gè)反射鏡面。
17.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光掃描單元，其中，所述激光源被設(shè)定成在所述子掃描方向發(fā)射多光束激光。
全文摘要
一種用于激光掃描單元的掃描光學(xué)透鏡，其使得光束偏轉(zhuǎn)單元所偏轉(zhuǎn)的激光在感光體上成像。所述掃描光學(xué)透鏡的子掃描方向截面具有彎月形的曲率，其中所述彎月形在所述透鏡中心部分的入射表面和出射表面處具有相同曲率符號(hào)。所述入射表面和出射表面總是具有負(fù)(－)曲率符號(hào)。入射表面的曲率絕對(duì)值在中心處為最大值，并在主掃描方向上在兩側(cè)的每一側(cè)處具有至少一個(gè)最小值，并且其中所述最小值的至少一個(gè)近似等于零。
文檔編號(hào)G11B7/125GK1715961SQ200510081389
公開(kāi)日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2005年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月2日
發(fā)明者金亨洙 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社