專利名稱：采用單軸掃描鏡的雙向激光打印的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及“激光打印機(jī)”，更準(zhǔn)確地說，涉及一種采用微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)型平面鏡(諸如扭轉(zhuǎn)的絞鏈平面鏡)，在橫過諸如轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪的移動(dòng)的光敏介質(zhì)上產(chǎn)生諧振雙向掃描。該扭轉(zhuǎn)的絞鏈用于繞一根振蕩軸，以每英寸600點(diǎn)或更大的速率，在受控的諧振頻率下產(chǎn)生諧振雙向掃描。
背景技術(shù)：
在激光打印機(jī)上通常采用轉(zhuǎn)動(dòng)的多邊形掃描鏡，在橫過諸如轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪的移動(dòng)的光敏介質(zhì)上產(chǎn)生激光光源圖像的象“網(wǎng)板”樣的掃描。這樣的一種系統(tǒng)要求光敏鼓輪和轉(zhuǎn)動(dòng)的多邊形鼓輪的轉(zhuǎn)動(dòng)同步，這樣在多邊形鏡的一個(gè)小面通過激光光束時(shí)，可使光束(激光光束)橫過轉(zhuǎn)動(dòng)的鼓輪掃掠即掃描。轉(zhuǎn)動(dòng)的多邊形鏡的下一個(gè)小面產(chǎn)生一相同的掃描即掃掠，它也橫過轉(zhuǎn)動(dòng)的光敏鼓輪而產(chǎn)生一根離前面的圖像線一段間距配置即放置的圖像線。
在現(xiàn)有技術(shù)中也曾盡力采用具有單一反射表面的、角諧振鏡那樣較便宜的扁平鏡來產(chǎn)生掃描光束。例如，可采用一種單軸掃描鏡來代替轉(zhuǎn)動(dòng)的多邊形鏡產(chǎn)生光束掃掠即掃描。當(dāng)該“諧振”鏡在一個(gè)方向上首先在樞軸上旋轉(zhuǎn)即轉(zhuǎn)動(dòng)以在介質(zhì)上產(chǎn)生一根打印圖像線時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)的光敏鼓輪和掃描鏡是同步的，且該圖像線與光敏介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)是成直角(即垂直)的。
但是，回掃將橫過在移動(dòng)的光敏鼓輪上的跡線，它與由前面的掃掠引起的打印圖像線成角度。于是，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，單反射表面諧振鏡的采用要求在鏡子完成回掃即一個(gè)操作過程時(shí)，停止反射光束的調(diào)制，然后再次在原來的方向上開始掃描。當(dāng)然，采用只有一個(gè)掃掠方向的鏡子降低了打印速度。所以，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，有效地采用價(jià)廉的諧振鏡要求連續(xù)地且容易地把該鏡表面在垂直于掃描的方法上調(diào)節(jié)，以使該鏡在每個(gè)方向上的諧振掃掠在移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的光敏鼓輪上所產(chǎn)生的圖像總是平行的。這個(gè)不斷的垂直移動(dòng)一般是通過雙軸扭轉(zhuǎn)鏡，即采用一對單軸鏡來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)然，這些解決方案中的任何一個(gè)方案比采用單一頻率掃描鏡更復(fù)雜，因此花費(fèi)也較貴。
目前，得克薩斯儀器公司(Texas Insturments)制作了由厚度通常為約100～115微米制造的單片材料(譬如說，諸硅)的扭轉(zhuǎn)單軸模擬鏡MEMS裝置。雖然通常選用橢圓形的鏡子，但是它也可以是任何所想要的形狀。呈長橢圓形的鏡子與該形狀相配，而光束的角度是公認(rèn)的。作為例子，該鏡可具有約為4.0毫米的長軸和約為1.5毫米的短軸。通過直接把該鏡絞接到支承結(jié)構(gòu)來制作鏡表面。
由此可知，如果可采用單一諧振頻率掃描鏡來產(chǎn)生雙向高質(zhì)量打印，則可顯著地降低制作成本與設(shè)備成本。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，針對上面得到的諸問題，提供一種采用單一頻率掃描鏡裝置作為用來產(chǎn)生掃掠即掃描光束的驅(qū)動(dòng)工具，橫過例如象轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪的光敏介質(zhì)來提供高質(zhì)量雙向激打印的方法。
更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明的方法包括提供對所述光束靈敏的移動(dòng)光敏介質(zhì)的諸步驟。光束在單頻率掃描鏡的反射表面上折射并再導(dǎo)向以選定的恒束作移動(dòng)的光敏介質(zhì)。該掃描鏡以該單頻率作振蕩把再傳播的光束橫過移動(dòng)的光敏介質(zhì)來回地掃掠，并在它來回掃掠時(shí)，在兩個(gè)方向上都產(chǎn)生用于調(diào)制光束的數(shù)字信號，以便產(chǎn)生各種的雙向圖像線，這些圖像線組合起來以形成所選擇的圖像。這樣來選擇垂直象素的大小即圖像線間距，使得在最壞的情況下，每根圖像線的重復(fù)度與在左面和右面界限處的前面圖像線或后面圖像線融合即部分交疊。要實(shí)現(xiàn)這種情況，可編址的象素密度在橫過光敏介質(zhì)上被選定為約每英寸600個(gè)可編址的水平象素，而雙向圖像線的數(shù)目，則以每英寸約600個(gè)象素或線條的比率來產(chǎn)生。
諧振頻率鏡裝置包括放在可從光源折射光束即激光光束位置上的單個(gè)反射表面部分。該鏡子器件的反射面由諸如扭轉(zhuǎn)絞鏈的單個(gè)絞鏈配置支承，用于繞軸作樞軸振蕩。鏡子器件的這些繞軸的樞軸振蕩導(dǎo)致從鏡子表面反射來的光束橫過光敏介質(zhì)移動(dòng)即掃掠。鏡裝置也包括用于引起橫過移動(dòng)的光敏介質(zhì)作繞樞軸旋轉(zhuǎn)的振蕩或掃掠運(yùn)動(dòng)即掃描的驅(qū)動(dòng)器電路。諸如轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪的移動(dòng)的光敏介質(zhì)定位在，當(dāng)反射的雙向調(diào)制光束在左、右邊緣之間，橫過鼓輪即移動(dòng)的介質(zhì)掃掠跡線時(shí)接收它的地方。光敏介質(zhì)在一個(gè)方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)是使得順序的圖像線即跡線在每英寸至少600個(gè)象素或線條的比率下產(chǎn)生。
附圖簡述在閱讀下面詳細(xì)的描述并參考附圖之后，就會(huì)對本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)變得明白顯然，其中

圖1A，1B和1C示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，用于產(chǎn)生激光打印機(jī)掃掠的轉(zhuǎn)動(dòng)的多邊形鏡的使用；圖2A，2B，2C和2D示出采用單軸扁平諧振鏡來產(chǎn)生激光打印機(jī)單方向光束掃掠的現(xiàn)有技術(shù)示例；圖3A和3B是單軸非諧振和諧振掃描的扭轉(zhuǎn)絞鏈鏡的實(shí)施例；圖4A～4B是示出繞扭轉(zhuǎn)絞鏈轉(zhuǎn)動(dòng)即在樞軸上轉(zhuǎn)動(dòng)的圖3的橫截面視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的進(jìn)述，采用諸如示于圖3A和3B的一個(gè)單軸鏡來產(chǎn)生激光打印機(jī)單向光束掃掠的透視示意圖；圖6示出在光敏介質(zhì)上激光點(diǎn)的尺寸和相關(guān)的象素尺寸；圖7示出根據(jù)本發(fā)明的象素分辨率和激光點(diǎn)尺寸；圖8示出當(dāng)每英寸打印率即點(diǎn)子增加時(shí)，鋸齒形打印線可見度的降低；圖9A和9B分別示出在光束掃描中央和光束掃描端部激光點(diǎn)如何交疊的；以及圖10示出為避免由于鋸齒形圖像線形成的生成物的最小交疊。
具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明的全部各種視圖中，在本文所用圖中的相同數(shù)字是指定相同的元件。圖形并不故意要畫得成比例，而在某幾個(gè)例子中，為了說明的目的，可把附圖故得在畫得不成比例。根據(jù)本發(fā)明可能的實(shí)施例的下列示例，在本領(lǐng)域中的一般技術(shù)人員將會(huì)理解本發(fā)明的許多可能的應(yīng)用和變化。本發(fā)明涉及激光打印機(jī)，且主要是對具有可移動(dòng)反射表面的基本單頻率掃描鏡裝置的使用，而該移動(dòng)的反射表面適于用來對多速激光光束型打印機(jī)或用于以顯著不同的打印速度工作的各種型式的單速打印機(jī)這兩者都產(chǎn)生網(wǎng)格掃描。
現(xiàn)在參考圖1A，1B和1C，示出采用轉(zhuǎn)動(dòng)的多邊形鏡的現(xiàn)有技術(shù)打印機(jī)的工作示意圖。如圖1A所示，在圖示中有一具有8個(gè)反射面10A～10H的轉(zhuǎn)動(dòng)多邊形鏡10。光源12產(chǎn)生諸如激光光束的光束，該光束被聚焦在轉(zhuǎn)動(dòng)的多邊形鏡上，使來自光源12的光束被轉(zhuǎn)動(dòng)的多邊形鏡10的諸小面10～10H折射。因此，來自光源12的激光光束14A從多邊形鏡10的小面10A～10H反射到諸如具有轉(zhuǎn)軸20的轉(zhuǎn)動(dòng)光敏鼓輪18的移動(dòng)光敏介質(zhì)16，如圖14B的虛線所示。該移動(dòng)的光敏介質(zhì)16即鼓輪18在由弧形箭頭22所指出的方向上繞軸20轉(zhuǎn)動(dòng)，使暴露給光束14B的移動(dòng)光敏介質(zhì)16即鼓輪18的區(qū)域是不斷地改變著的。如圖1A所示，多邊形鏡10也繞軸24(在這個(gè)視圖中該軸與圖面垂直)轉(zhuǎn)動(dòng)，如第二弧形箭頭26所指。因此，可以看到，轉(zhuǎn)動(dòng)的多邊形鏡10的小面10B的前沿27將是折射來自光源12激光光束14A的小面10B中的首先部分。當(dāng)鏡子10轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鏡子10的8個(gè)小面中的每個(gè)小面將依次折射光束14A。在本領(lǐng)域中的技術(shù)人員會(huì)知道，為了易于理解，省略了聚焦光束的光學(xué)，把聚焦平面整平到光敏介質(zhì)上的透鏡系統(tǒng)，以及來改變掃描光束方向的任何折合鏡。
圖示在轉(zhuǎn)動(dòng)的多邊形鏡10下面的是當(dāng)從多邊形掃描器看時(shí)，光敏介質(zhì)16即鼓輪18的第二視圖。如參考數(shù)字30在光敏鼓輪視圖18上所示，在小面10B折射光束14A并把它反射到移動(dòng)的光敏介質(zhì)16即鼓輪18之后馬上就在鼓輪18上有光束14B圖像的開始點(diǎn)。
現(xiàn)有參考圖1B，除了轉(zhuǎn)動(dòng)的多邊形鏡10繞軸24繼續(xù)它的轉(zhuǎn)動(dòng)，使得小面10B已轉(zhuǎn)到令它的激光光束14A的折射已快到端部之外，基本上示出如圖1A所示的相同配置。正如還是將由本領(lǐng)域中的技術(shù)人員知道的那樣，由于由鏡小面提供給折射光束14A改變的角度，所以反射光束14B將橫過轉(zhuǎn)動(dòng)的鼓輪表面而移動(dòng)，如圖1B中箭頭25和虛線26所示。
但是，也將知道，由于轉(zhuǎn)動(dòng)的鼓輪18正相對于光束14B的掃描運(yùn)動(dòng)垂直地移動(dòng)，如果轉(zhuǎn)動(dòng)鏡的轉(zhuǎn)軸24精確地與轉(zhuǎn)動(dòng)的光敏鼓輪18的軸20垂直，則在光敏鼓輪上將以很微小的角度記錄下掃掠即掃描光束的圖像。正如在光敏鼓輪18的下面視圖中更為清晰地看到，虛線26指出光束14B本身的軌跡是有一微小的角度，而在光敏鼓輪上代表最后引起的圖形實(shí)線28是不成角度的，即與光敏介質(zhì)16的轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)垂直。要實(shí)現(xiàn)這平行的打印線圖像28，通常以相對于轉(zhuǎn)動(dòng)的光敏鼓輪18的一個(gè)很微小的傾斜來安裝多邊形鏡10的轉(zhuǎn)軸24，使得在橫過介質(zhì)16掃掠即掃描時(shí)，沿垂直軸32由光束通過的垂直行程即距離的量與光敏介質(zhì)16即鼓輪18的移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的量是相等的。如果需要，換一種方法也可采用傾斜的折合鏡來實(shí)現(xiàn)這種傾斜。
圖1C示出轉(zhuǎn)動(dòng)的多邊形鏡10的小面10B已從光束14B轉(zhuǎn)離，而小面10C已恰好折射光束。因此，重復(fù)了對第二圖像線的過程。當(dāng)然連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)將在轉(zhuǎn)動(dòng)鏡10的每個(gè)小面上引起折射光束14A，從而產(chǎn)生一系列平行的且隔開的圖像線，當(dāng)把它們一起來觀看時(shí)將形成打印線或其它的圖形。
在激光打印技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員將進(jìn)一步知道，轉(zhuǎn)動(dòng)的多邊形鏡是激光打印機(jī)的非常精密的和昂貴的部件即元件，它必須在軸承沒有不適當(dāng)?shù)哪p下，以極高的速度自旋即使對較為低速的打印機(jī)亦如此。所以，如果能用較為不復(fù)雜的扁平鏡，好比說象諧振扁平鏡，來代替復(fù)雜且又重的多邊形掃描鏡是會(huì)令人滿意的。
現(xiàn)在參考圖2A，2B，2C和2D，示出了采用單軸振蕩鏡來產(chǎn)生光束掃描的激光打印機(jī)現(xiàn)有技術(shù)示例。正如將被本領(lǐng)域中技術(shù)人員知道的，并在下面的圖中示出的那樣，由于由回掃產(chǎn)生的非平行圖像線，所以現(xiàn)有技術(shù)的努力結(jié)果，通常已被限于只采用單方向的振蕩光束掃掠。正如圖2A，2B，2C和2D所示，除了轉(zhuǎn)動(dòng)的多邊形鏡已被帶有單個(gè)振蕩扁平鏡34代替之外，其配置基本上與圖1A，1B和1C所示的相同。正如相對于圖1A的情況一樣，圖2A示出通過單軸鏡34在點(diǎn)30處光束掃掠的開始。同樣，圖2B中的箭頭25和虛線26示出當(dāng)鏡子34基本上完成它的掃描時(shí)的光束掃掠方向。參考在光敏鼓輪18下面的視圖，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施例，鏡子34是以一微小角度安裝的，這樣，光束掃掠與轉(zhuǎn)動(dòng)的鼓輪18的移動(dòng)是同步的，使得在一次掃掠中，介質(zhì)移動(dòng)的距離相等于光束移動(dòng)的垂直距離。正如對圖1B的多邊形鏡的情況那樣，如由虛線26所示成微小角度的軌跡在移動(dòng)的光敏介質(zhì)16即鼓輪18上導(dǎo)致水平的圖像線28。
因此，到目前為止，平表面的單軸扭轉(zhuǎn)振蕩鏡34顯現(xiàn)出它至少應(yīng)象關(guān)于圖1A，2B和1C所討論的轉(zhuǎn)動(dòng)的多邊形鏡30工作得同樣好。不過，具有現(xiàn)有技術(shù)的掃描鏡打印機(jī)，當(dāng)振蕩鏡開始如圖2C由虛線26A所示的繞樞軸在相反方向回轉(zhuǎn)時(shí)，由于由以一微小角度安裝引起的鏡子的垂直移動(dòng)和移動(dòng)的光敏介質(zhì)16即轉(zhuǎn)動(dòng)的鼓輪18的移動(dòng)是疊加的而不是相減的，所以在回掃的過程中必須關(guān)斷光束不打印。結(jié)果，如果用作打印，則返回光束成角度的軌跡26與轉(zhuǎn)動(dòng)的鼓輪18的移動(dòng)相結(jié)合將導(dǎo)致打印的圖像線28A，它甚至比單由轉(zhuǎn)動(dòng)的光敏鼓輪18應(yīng)該引起的角度有更大的角度。當(dāng)然，這是由光束掃掠返回的事實(shí)引起的，它將在向下的方向，而不是向上的方向移動(dòng)，如箭頭36所指出的，而光敏鼓輪移動(dòng)是在由箭頭38所指的向上的方向。因此，如上所述，鼓輪和光束軌跡的移動(dòng)是累積的。所以，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，通過諧振掃描鏡打印機(jī)要有滿意的打印，要知道在掃描的返回軌跡過程中，光束和打印通常是被阻斷的和/或停止的。因此，要求振蕩鏡34完成它的逆掃描，然后如在30A所指的再開始它的正向掃描，在這時(shí)，調(diào)制的激光再次接通并打印第二根圖象線。
圖3A和3B示出單軸扭轉(zhuǎn)鏡的兩個(gè)實(shí)施例。圖3A的鏡子包括支承基本上是圓形的鏡子即反射表面46的支承部件44，而圖3B則示出一種長橢圓鏡即反射表面46。每個(gè)鏡子通過單獨(dú)的一對轉(zhuǎn)動(dòng)絞鏈48A和48B來支承。因此，將知道，如果鏡子部分46能通過驅(qū)動(dòng)源被保持在繞軸50的振蕩狀態(tài)中，則該鏡子能用來引起掃掠光束橫過光敏介質(zhì)重復(fù)地移動(dòng)。又將知道，單軸鏡的另一可替換的實(shí)施例可以不要求如在圖3A和3B這兩圖中所示的支承部件即框架44。例如，如圖3A所示，扭轉(zhuǎn)絞鏈48A和48B可簡單地延伸到一對絞鏈固定器52A和52B，如圖3A的點(diǎn)線所示。這些類型的絞鏈固定器也能用于圖3B中的呈橢圓形的鏡子。根據(jù)工作頻率，反射表面即鏡子部分46的厚度是在110～400微米的數(shù)量級，并在它的上表面適宜地拋光以提供反射鏡的即鏡子的表面。
再參考圖3B，它是說明呈隨圓形單軸鏡裝置的頂視圖，它特別適用于提供用來產(chǎn)生重復(fù)光束掃掠的諧振振蕩。發(fā)現(xiàn)具有長軸約為4.0毫米和短軸約為1.5毫米這樣的呈橢圓形的鏡部分46的一個(gè)示例是令人滿意的。該實(shí)施例的功能部件與示于圖3A的實(shí)施例的功能部件是相同的，所以，附有相同的參考數(shù)字，而且，由于單晶硅有利的材料性質(zhì)，所以基于MEMS的鏡子具有非常靈敏的扭轉(zhuǎn)諧振。該扭轉(zhuǎn)諧振的Q值通常在100到超過1000的范圍內(nèi)。這個(gè)靈敏的諧振在諧振頻率對非諧振頻率的比較上導(dǎo)致鏡子運(yùn)動(dòng)大的力學(xué)放大。所以，根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，對鏡子繞掃描軸、以諧振頻率作樞軸旋轉(zhuǎn)可能是有利的。這樣會(huì)顯著地降低保持鏡子振蕩所需的功率。
有許多可能的驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置提供沿掃描軸的振蕩光束掃掠。鏡子在掃描軸上的機(jī)械運(yùn)動(dòng)通常大于15°且可能到30°。由于繞掃描軸的樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)必須通過大的角度來運(yùn)動(dòng)，而圖3B中的鏡子在那個(gè)方向是長的，所以已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用于產(chǎn)生繞掃描軸運(yùn)動(dòng)，直接的和諧振的驅(qū)動(dòng)方法這兩者都是有效的。諧振驅(qū)動(dòng)方法包括在或者靠近鏡子的諧振頻率直接對鈕轉(zhuǎn)地用絞鏈鏈接的鏡子即反射表面施加小的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，或改為加到整個(gè)硅結(jié)構(gòu)上，于是該結(jié)構(gòu)把鏡子激發(fā)到諧振地繞樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)即繞它的扭轉(zhuǎn)軸振蕩。在驅(qū)動(dòng)方法的慣性諧振型中，整個(gè)硅結(jié)構(gòu)的一個(gè)非常小的運(yùn)動(dòng)可激發(fā)鏡的非常大的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。合適的慣性諧振驅(qū)動(dòng)源包括壓電驅(qū)動(dòng)器和靜電驅(qū)動(dòng)電路。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一種直接把磁力施加到扭轉(zhuǎn)的、用絞鏈連接的反射表面部分的磁諧振驅(qū)動(dòng)器特別適用于發(fā)生用來產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的來加光束掃掠的諧振振蕩。
而且，通過仔細(xì)地控制絞鏈48A和48B的大小(即，寬度，長度和厚度)可以制作有基本上與鏡子所需的諧振頻率相同的固有諧振頻率的鏡子。因此，通過制作其有諧振頻率基本上等于所需振蕩頻率的鏡子，可降低能源負(fù)載。
此外，雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)呈橢圓形的鏡子是特別合適的，但是要知道鏡子可具有其它的形狀，諸如圓形，方形，矩形，或某些基它形狀。
除了諧振驅(qū)動(dòng)源之外，鏡組件還可采用非諧振電磁驅(qū)動(dòng)源。與圖3A一道參考圖4A和4B，鏡組件42可包括在薄片56A和56B下面的一對串聯(lián)連接的電線圈54A和54B，分別提供用于光束掃掠的電磁驅(qū)動(dòng)。因此通過用已選定頻率的交流正電壓和負(fù)電壓給線圈以能量，則鏡子部分46可在那個(gè)頻率下作出振蕩。為了方便電磁驅(qū)動(dòng)，鏡子組件也可包括一對裝于鏡子部分46的薄片56A和56B上、垂直于軸50的永久磁鐵62A和62B。永久磁鐵組62A和62B關(guān)于轉(zhuǎn)軸50對稱地分布質(zhì)量以在沖擊和振動(dòng)下把振蕩減到最小。每塊永久磁鐵62A，62B較佳地包括用諸如粘結(jié)劑或銦結(jié)合的常規(guī)附著技術(shù)安裝在鏡部分46頂表面上的上磁體組以及類似地附著到鏡部分46下表面的，對準(zhǔn)的下磁體，如圖4A和4B所示。每組磁體象圖4A所指出的北/南極配置串聯(lián)地配置著。4組磁體有幾種可能的配置，根據(jù)所需的磁特性，諸如所有相同的極向上；或兩組相同的極向上，兩組相同的極向下；或三組相同的極向上，一組相同的極向下。
圖3A鏡部分46的中央即中間位置示于圖4A，它是通過沿著圖3A直線3A～3A的組件所取的部段。鏡部分46繞軸50的轉(zhuǎn)動(dòng)示于圖4B中，如箭頭64所指。
圖5示出本發(fā)明實(shí)施例的透視示意圖，該實(shí)施例采用繞單軸作樞軸旋轉(zhuǎn)的單鏡，諸如示于圖3A和3B的單軸鏡。單軸鏡34的反射表面46接收來自光源12的光束14A，并在界限68和70之間提供從右到左和左到右的諧振光束掃掠14B，如關(guān)于圖2A，2B，2C和2D所討論的。該從左到右和從右到左的光束掃掠，在介質(zhì)18按由箭頭76所指的方向移動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生平行線72和74。
到目前為止，已討論了各種采用諧振掃描鏡作為激光打印機(jī)的驅(qū)動(dòng)工具的方法和配置。也知道了用于更快的高速打印機(jī)的多邊形鏡值得注意的成本差異是在未來采用高速多邊形鏡作為驅(qū)動(dòng)打印機(jī)工具的主要問題。這就是說，對愈來愈高的打印機(jī)速度所需的非常高速工作需要的耐用和先進(jìn)的軸承，除了在最貴的打印機(jī)中，可限止它們的使用。
所以，要知道，雖然在本發(fā)明的實(shí)踐中可以使用各類非諧振或諧振的鏡子，對愈來愈高打印速度的需要將要求掃描鏡愈來愈高的振蕩速度。但是，在一次掃描操作過程中，當(dāng)掃描鏡橫過光敏介質(zhì)掃掠激光光束時(shí)，掃描鏡不變形亦是重要的。為此，一種由直接施加到扭轉(zhuǎn)地用絞鏈連接的鏡子的電磁力驅(qū)動(dòng)的多層諧振振蕩鏡據(jù)信是對本發(fā)明是特別適合的。較佳的多層鏡具有用于扭轉(zhuǎn)絞鏈的第一單晶硅層，用于反射表面的第二層以及用于對反射表面提供韌性以防止變形的第三層。
正如在打印機(jī)領(lǐng)域中技術(shù)人員所知道的那樣，基本的辦公室用的打印機(jī)繼續(xù)在改進(jìn)中。例如，在剛過去的時(shí)間中，一種每英寸約為300點(diǎn)即象素的可編址象素分辨率被認(rèn)為對許多打印機(jī)是可接受的。但是，打印機(jī)技術(shù)在不斷地改進(jìn)，使得每英寸約1200個(gè)可編址的點(diǎn)即象素是現(xiàn)在的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而每英寸2400點(diǎn)正在快速地變?yōu)楣I(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
當(dāng)然，在這個(gè)每英寸上點(diǎn)子即象素的增加，已要求愈來愈快的光束掃掠。對多邊形鏡打印機(jī)來說，這個(gè)增加意味著鏡子必須在愈來愈大的速度下自旋，它反過來又要求更為先進(jìn)的軸承技術(shù)來支承連續(xù)高速的自旋速率。結(jié)果，多邊形鏡驅(qū)動(dòng)的成本和復(fù)雜性也不斷增加。不過，已發(fā)現(xiàn)愈來愈高的光束掃掠速率的要求對于在高質(zhì)量打印中諧振掃描鏡的使用提供更大的機(jī)會(huì)。例如，制作具有諧振頻率為1500Hz左右或3000Hz左右的諧振掃描鏡的成本相差并不非常大。不過，甚至是更為重要，在較快的打印率(即，每英寸點(diǎn)數(shù)或條數(shù))時(shí)，激光點(diǎn)開始它們自己交疊即重疊。這意味通過用單軸諧振鏡的雙向打印產(chǎn)生的打印機(jī)線條的非平行線條或鋸齒圖形變得不重要了。
現(xiàn)有參考圖6，僅作為例子，它示出單個(gè)可編址象素78的示意圖，當(dāng)這象素與其它象素結(jié)合時(shí)可組成圖像。該圖也說明了當(dāng)該可編址象素被“接通”時(shí)，可編址象素尺寸與在打印機(jī)光敏介質(zhì)上最后的光束即激光點(diǎn)尺寸的比較。由雙頭箭80指出的可編址象素78的寬度和由雙頭箭82指出的象素78的高度也分別說明了在水平方向上相鄰象和在垂直方向上相鄰象素的重心之間的水平的和垂直的間距。大的區(qū)域84代表激光光束在光敏介質(zhì)上的光點(diǎn)尺寸。關(guān)于在這點(diǎn)上應(yīng)該知道，激光光點(diǎn)實(shí)際上將是圓形或橢圓形的，而不是由區(qū)域84所指的矩形或正方形的。不過，采用方形區(qū)域84來代表激光束光點(diǎn)簡化了解釋。對一個(gè)可編址象素，形成在光敏介質(zhì)或打印紙上的激光即光束光點(diǎn)通常是可編址象素的三到四倍。在圖6的示例中，假設(shè)是可編址象素的約四倍，且實(shí)際上具有圓或橢圓的形狀，而不是由圖6中參考數(shù)字84或由圖7中參考數(shù)字86所指出的大體上是矩形的形狀，它圖示了在采用雙向單軸掃描鏡的頁面中心部位的激光先點(diǎn)圖像的圖形型式。
更準(zhǔn)確地說，如圖7所示的，光束光點(diǎn)的水平尺寸X示出為可編址象素水平尺寸的約兩倍，而光束光點(diǎn)的垂直尺寸Y也是可編址象素垂直尺寸的約兩倍。
假設(shè)對圖7橫過頁面(水平的)可編址象素尺寸約為每英寸1200個(gè)點(diǎn)，如上面提到的，約為目前的商品標(biāo)準(zhǔn)。商品標(biāo)準(zhǔn)正迅速地發(fā)展到每英寸2400個(gè)點(diǎn)子。類似地，在圖7中，垂直可編址象素尺寸也假設(shè)為每英寸約1200個(gè)點(diǎn)子或線條。所以，圖示出一個(gè)相當(dāng)于9個(gè)激光束光點(diǎn)(3個(gè)點(diǎn)橫寬，由雙箭頭88、90和92所指，以及3個(gè)點(diǎn)垂直，由雙箭頭94，96和98所指的區(qū)域。不過，也如所示的，3個(gè)激光點(diǎn)即3X水平尺寸是通過接通在一行中5個(gè)水平可編址象素100a，102a，104a，106a和108a用5個(gè)激光光點(diǎn)100，102，104，106和108來打印的。類似地，3個(gè)激光點(diǎn)即3Y垂直尺寸是通過接通5個(gè)垂直可編址象素100a，110a，112a，114a和16a用5個(gè)激光光點(diǎn)100，110，112，114和116來打印的。注意，通過激光光點(diǎn)打印的實(shí)際面積大于可編址象素的面積。但是，在每英寸1200個(gè)象素時(shí)，在可編址象素重心間的水平間隔是0.000833英寸。這樣，即使激光光點(diǎn)的水平和垂直的尺寸這兩者都是可編址象素的尺寸的兩倍，則打印的超限在每個(gè)方向?qū)⒉粫?huì)大于0.000415英寸。
所以，根據(jù)本發(fā)明，單軸諧振掃描鏡可用于提供雙向高質(zhì)量打印，愈來愈高的打印率如何降低鋸齒形打印線條產(chǎn)生的進(jìn)一步說明在圖8中提供。
參考圖8，它示出了在光敏目標(biāo)物上以每英寸不同點(diǎn)子率的激光光束路徑的實(shí)例。要注意這些示例并名成比例的。線條120和122代表左和右的打印界限。在界限線條120和122左面和右面的區(qū)域124和126示出了當(dāng)激光光束轉(zhuǎn)換方向時(shí)的光束路徑。當(dāng)一次操作過程被定義為在每個(gè)方向上的一次掃描時(shí)，不同打印率的5個(gè)示例128，130，132，134和136中的每個(gè)示例代表8次完全的掃描操作過程。例如，在示例128中，它代表每英寸2.7個(gè)垂直點(diǎn)子，其鋸齒形光束路徑是明顯的，因此顯然不能用于打印來產(chǎn)生圖像。同樣，示例130代表每英寸約17個(gè)垂直點(diǎn)子，雖然明顯地較優(yōu)了，但是仍可看到線條的鋸齒形，結(jié)果是不能打印出可接受的圖像。示例132代表每英寸約40條線，雖然在沒有放大的情況下，不太容易探測到鋸齒形線條的形狀，但是在圖象上即打印的頁面上將出現(xiàn)非常明顯的鋸齒形生成物。
在代表每英寸約100條線的示例134中，激光光點(diǎn)開始融合即稍有交疊。在這每英寸點(diǎn)子即象素率下打印對某些類型的打印是合適的，但仍留下一些顯著的鋸齒形生成物，因而不能用于高質(zhì)量的打印。
最后，示例136代表每英寸約600個(gè)點(diǎn)子或線條，并認(rèn)為已接近于在掃描線中鋸齒形變得不重要的最低界限。在每英寸600點(diǎn)的可編址象素即線條之間的間距約為0.001666英寸，且由于激光光點(diǎn)可具有的垂直尺寸幾乎是可編址象素垂直尺寸的兩倍，所以有顯著的交疊。而且，這打印線條的0.001666英寸間距即鋸齒形發(fā)生在標(biāo)準(zhǔn)的頁面上超過8 1/2英寸，因而完全地變得不重要了。另外，正如已提到過的，現(xiàn)在的大多數(shù)打印機(jī)在每英寸1200點(diǎn)即象素率下打印(工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))，它的間距僅為0.0008333英寸。當(dāng)然，當(dāng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為每英寸2400點(diǎn)時(shí)，間距將是0.000415。
雖然，正如所討論的，在相鄰線條之間的鋸齒形線條形在愈來愈高的打印率下變得不顯著。對高質(zhì)量打印，鋸齒形圖形型式應(yīng)該在正向掃掠和返回掃掠之間基本上被平衡以致這兩根線條對打印窗口的中心線都具有相同的角度。
如上所述，圖7示出當(dāng)對應(yīng)的可編址象素被“接通”時(shí)，在平衡的鋸齒形掃描中心處，在光敏介質(zhì)上，激光光束的圖像點(diǎn)或“軌跡”。不過，這樣如所示的一致與相等的垂直交疊隨著它鄰近的線條中的一條而增加，且當(dāng)掃描光束從中央移向更遠(yuǎn)處時(shí)，就隨著其余的變得愈來愈少。例如，再次參考圖8，看到了在掃描線140的中心點(diǎn)140a處，離分別由中心點(diǎn)138a和142a指出的前面的掃描線148和下面的掃描線142的距離是相等的。但是，當(dāng)掃描線148接近界限線120時(shí)，它與前面的掃描線138顯著地隔開較大的距離，并由點(diǎn)140b和138b所示。另一方面，當(dāng)掃描線140接近界限線120時(shí)，它顯著地移到更靠近掃描線142，并由點(diǎn)140b和142b所示。通過參考圖9A，9B和10，較佳地示出由于掃描的鋸齒形運(yùn)動(dòng)，在掃描線的中心點(diǎn)和端點(diǎn)處，圖像點(diǎn)垂直交疊的比較，正如關(guān)于操作過程的左面端部所討論的。不過，將知道雖然線條所附帶的內(nèi)容是不同的，但是這討論也可應(yīng)用于掃描操作過程的右面端部。
除了激光“軌跡”即圖像點(diǎn)被示為圓區(qū)域和圖像線更為靠近之外，圖9A有些類似于關(guān)于圖7所討論的內(nèi)容。而且，為了方便，相對于代表每英寸27條線顯示128的8個(gè)掃描操作過程討論掃描線138，140和142。為了易于解釋，圖9A和9B也使用掃描線138，140和142。不過當(dāng)大為放大時(shí)，激光光點(diǎn)尺寸即“軌跡”和交疊更能反映出代表顯示區(qū)的每英寸多于600線條或點(diǎn)子顯示的8根掃描線，正象它們應(yīng)呈現(xiàn)出來的那樣。
因此，如圖9A所示，包括掃描線138，140和142在內(nèi)的所有掃描線是相等地間隔著的。而且，正如通過光點(diǎn)140a可看到的點(diǎn)圖像即“軌跡”或圖像線140將在垂直方向與6個(gè)其它激光光點(diǎn)的一部分交疊(3根前面的圖像線和3根隨后的圖像線)。
不過，圖9B示出了在光束掃描的左面端部處的區(qū)域124中，圖象線138，140和142的激光光點(diǎn)交疊。可以看到，在垂直方向激光光點(diǎn)趨向于形成對子。因此，在圖像線140上的圖像點(diǎn)140b幾乎在沿著圖像線142移動(dòng)的圖像點(diǎn)142b的頂部，但是，離圖像線138的間距顯示地增加，以致在激光光點(diǎn)140b和138b之間的交疊下降。不過，在這示意圖中，交疊仍有50％，而對肉眼沒有可見到的間距，所以，鋸齒形是顯著地不重要了。
所以，將知道只要有圖像點(diǎn)的某些交疊，在打印界限線120和122處相鄰的圖像線條，將看不到圖像線的鋸齒形。因此，圖10示出在左面端部界限線120處關(guān)于圖像對子144a～146a，148a～150a和152a～154a非常有限的交疊使得看到不圖像線的鋸齒形。隨著如圖10所示的非常有限的交疊，將知道，正是掃描的這個(gè)端部(左和右)，掃描線的激光光點(diǎn)實(shí)際上將是在諸如激光光點(diǎn)144b和146b彼此的頂部。但是，掃描對子與它最近的掃描對子148b和150b完全沒有交疊。不過，只要在界限線120和122(在圖10中未示出122)處有交疊，就不應(yīng)看到光束鋸齒形線條的鋸齒。
采用諧振鏡恒定的掃描速度提供除減少不同鏡子的設(shè)備之外的其它好處。例如，普通的鏡驅(qū)動(dòng)器和普通的光學(xué)腔體可用于所有的打印速度。另外，對所有的打印機(jī)先化學(xué)是相同的，且不必要對不同打印機(jī)速度作調(diào)節(jié)。
為了說明和描述，以上進(jìn)行了本發(fā)明特定實(shí)施例的描述。因?yàn)榘凑丈厦娴闹v述，可有許多修改和變化，所以它們不是詳盡的，也不想把本發(fā)明限止在揭示的準(zhǔn)確形式中。為了最佳地解釋本發(fā)明的原理和它的實(shí)際應(yīng)用選擇并描述了這些實(shí)施例，使本領(lǐng)域中其它技術(shù)人員能最佳地利用本發(fā)明以及使帶有各種修改的各種實(shí)施例能適用到所設(shè)想的特殊用途上。這樣，使本發(fā)明的范圍由這里的權(quán)利要求和它們的等價(jià)方案來限定。
權(quán)利要求
1.在采用單掃描鏡中，一種使打印速度加倍的方法，其特征在于，包括下列步驟提供光束；提供對所述光束敏感的移動(dòng)的光敏介質(zhì)；在掃描鏡的反射表面上折射所述光束，并把所述光束再傳向所述移動(dòng)的光敏介質(zhì)；振蕩所述掃描鏡，橫過所述移動(dòng)的光敏介質(zhì)來回掃掠所述光束；產(chǎn)生用于調(diào)制所述雙向光束的數(shù)字信號，當(dāng)所述光束掃掠時(shí)，橫過所述移動(dòng)的光敏介質(zhì)來控制包括所述圖像的一根圖像線的可編址象素；以及移動(dòng)基本上垂直于所述振蕩調(diào)制的光束的所述光敏介質(zhì)，使得相繼的雙向圖像線條組合起來形成所述所選的圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括定位所述掃描鏡，使得橫過所述移動(dòng)的光敏介質(zhì)，所述光束的來回運(yùn)動(dòng)沿著基本上平衡的鋸齒形路徑追跡。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中調(diào)制所述光束來控制包括一根圖像線的所述可編址象素的步驟發(fā)生在所述光敏介質(zhì)上左面和右面的界限之內(nèi)，且其中用于移動(dòng)垂直于所述光束掃掠的所述光敏介質(zhì)的速度和所述激光束的光點(diǎn)尺寸要選得使位于所述左面和右面界限之間的相鄰圖像線的激光光點(diǎn)交疊。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括選擇所述光束的步驟，使其具有的一光點(diǎn)面積至少是所述可編址象素面積的三倍，以致鄰近“接通”的象素在所述移動(dòng)的光敏介質(zhì)上形成交叉疊的光束點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中振蕩所述掃描鏡的步驟包括以所述鏡子的諧振頻率振蕩所述掃描鏡的步驟。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中在掃描鏡的反射表面折射所述光束的步驟包括用具有由單晶硅制成的扭轉(zhuǎn)絞鏈的掃描鏡折射所述光束的步驟。
7.一種高質(zhì)量打印機(jī)，其特征在于，包括激光光束，用于在光敏介質(zhì)上產(chǎn)生光點(diǎn)區(qū)域；移動(dòng)的光敏介質(zhì)，對所述光束敏感；掃描鏡，用于折射所述光束并把所述光束再傳輸所述移動(dòng)的光敏介質(zhì)；鏡驅(qū)動(dòng)器，用于振蕩所述掃描鏡，橫過所述移動(dòng)的光敏介質(zhì)，來回地掃掠所述光束；電路，當(dāng)所述光束橫過所述光敏介質(zhì)掃掠時(shí)，用于發(fā)生供調(diào)制所述光束之用的數(shù)字信號以控制包括代表所述選圖像的圖像線的可編址象素，所述數(shù)字信號在選定的標(biāo)準(zhǔn)下發(fā)生；電路，用于接收所述發(fā)生的數(shù)字信號和用于在兩個(gè)方向都調(diào)制所述掃掠光束；以及驅(qū)動(dòng)源，用于連續(xù)地移動(dòng)基本上垂直于所述掃掠光束的所述光敏介質(zhì)以在所述選定的比率下產(chǎn)生圖像線條。
8.如權(quán)利要求12所述的打印機(jī)，其特征在于，其中所述掃描鏡由一對由單晶硅制成的扭轉(zhuǎn)絞鏈來支承。
9.如權(quán)利要求8所述的打印機(jī)，其特征在于，其中所述掃描鏡是多層掃描鏡。
10.如權(quán)利要求7所述的打印機(jī)，其特征在于，其中所述掃描鏡以鏡子諧振頻率振蕩。
11.如權(quán)利要求7所述的打印機(jī)，其特征在于，其中所述圖像線條是橫過所述光敏介質(zhì)相對于水平線的平衡的鋸齒形線。
12.如權(quán)利要求7所述的打印機(jī)，其特征在于，其中在所述光敏介質(zhì)上的所述激光光點(diǎn)尺寸具有面積至少是可編址象素面積的三倍。
13.如權(quán)利要求7所述的打印機(jī)，其特征在于，其中所述圖像線在左面和右面的界限之間延伸，而激光光點(diǎn)在依次相連的圖像線上交疊。
14.一種用于折射光束并把該光束再導(dǎo)向移動(dòng)的光敏介質(zhì)的打印機(jī)驅(qū)動(dòng)工具，其特征在于，包括掃描鏡，具有用于折射所述光束并把所述光束再導(dǎo)向所述移動(dòng)的光敏介質(zhì)的反射表面；鏡驅(qū)動(dòng)器，用于振蕩所述掃描鏡，橫過所述移動(dòng)的光敏介質(zhì)，來回地掃掠所述光束；電路，當(dāng)所述光束橫過所述光敏介質(zhì)掃掠時(shí)，用于發(fā)生供調(diào)制所述光束之用的數(shù)字信號以控制包括代表所述圖像的圖像線的可編地象素，所述數(shù)字信號在選定的比率下發(fā)生；以及，電路，用于接收所述發(fā)生的數(shù)字信號和用于在兩個(gè)方向都調(diào)制所述掃掠光束以在所述移動(dòng)的光敏介質(zhì)上產(chǎn)生圖像，所述圖像的圖像線交疊。
全文摘要
一種用于供高質(zhì)量雙向打印之間的采用單軸諧振掃描鏡的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)以一具有選定速度的恒定速率移動(dòng)光敏介質(zhì)即打印紙，使得圖像的圖像線交疊。
文檔編號B41J2/47GK1532582SQ20041003990
公開日2004年9月29日 申請日期2004年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月11日
發(fā)明者J·W·奧科特, A·M·特納, J W 奧科特, 特納 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司