激光扫描单元和激光打印机的制作方法

1.本技术涉及激光扫描技术领域，尤其涉及一种激光扫描单元和激光打印机。


背景技术：

2.打印机是人们日常工作和学习中常用的一种设备，其为高效率办公和学习提供了重要保障。其中，激光打印机具有打印速度快、耗材少，且不存在喷墨打印机长时间放置产生喷头堵塞的问题，因此近年来受到了越来越多的关注。
3.激光打印机在打印时大致包括如下过程：先根据待打印的图像控制激光信号在感光鼓上扫描，使感光鼓上形成特殊的电荷分布；然后将碳粉盒中的碳粉施加到感光鼓表面，使感光鼓表面吸附带有相反电荷的碳粉；再将感光鼓表面的碳粉转移到纸张上，最终使碳粉熔化并固定在纸张上完成打印。
4.为了满足用户多元化的打印需求，目前，激光打印机正在朝着彩色印刷方向发展。彩色激光打印机是通过对多种颜色碳粉的混合来实现各种色彩的打印，其工作原理与黑白激光打印机的工作原理相似，不同之处主要在于，黑白激光打印机使用黑色碳粉实现黑白打印，彩色激光打印机需要依次使用多种颜色的碳粉进行多种颜色的打印，因此，彩色激光打印机的打印速度相对比较慢。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术提供一种激光扫描单元和激光打印机，用于提升激光扫描速度，进而提升激光打印机的打印速度。
6.为了实现上述目的，第一方面，本技术实施例提供一种激光扫描单元，包括：
7.激光光源，用于产生多路激光光束；
8.光合束器，具有与各所述激光光束一一对应的入光端和出光端，所述入光端用于接收对应的激光光束，所述光合束器用于将各所述入光端接收的激光光束的中心光线之间的间距缩小后，将各所述激光光束从对应的出光端输出；其中，各所述出光端的光出射中心沿一条直线排布，且各相邻所述出光端的光出射中心之间的间距相等；
9.扫描组件，用于将所述光合束器输出的每路激光光束沿主扫描方向扫描在感光表面，形成多行扫描光斑。
10.本技术实施例提供的激光扫描单元(laser scanning unit，lsu)，可以产生多路激光光束，实现在感光表面上同时进行多行扫描，因而，可以有效提高扫描速度，进而，在将lsu应用于激光打印机中时，可以提高激光打印机的打印速度。另外，本技术方案中，lsu采用光合束器，可以使多路激光光源以比较小的间距精确排列，从而可以保证多路激光光束在感光表面上精确聚焦，实现高精度扫描。
11.除此之外，对于采用多种(例如四种)颜色的碳粉的彩色激光打印机，当lsu采用四路或者更多路激光光束时，采用一套lsu顺序打印各种颜色，即可实现与采用四套传统lsu(产生一路激光光束)的彩色激光打印机相同甚至更高的打印速度，这样就不必采用四套
lsu，因而本技术实施例提供的技术方案在提高彩色激光打印机的打印速度的同时，也可以降低彩色激光打印机的结构复杂度和制造成本。
12.在第一方面的一种可能的实施方式中，每路所述激光光束对应的入光端和出光端之间通过光波导通道连通。这样可以降低光合束器的结构复杂度，提高光传输效率。
13.在第一方面的一种可能的实施方式中，所述扫描组件包括：准直系统、多面扫描镜和成像光学系统，所述准直系统用于对经过所述光合束器缩小间距的各所述激光光束进行准直，所述多面扫描镜用于对经过所述准直系统准直的各所述激光光束进行偏转和扫描，所述成像光学系统用于将经过所述多面扫描镜偏转和扫描的各所述激光光束聚焦在所述感光表面，以形成多行沿主扫描方向排布的扫描光斑。
14.在第一方面的一种可能的实施方式中，所述激光扫描单元满足：f1＝d1/tan(θ1)，其中，f1表示所述准直系统的焦距，d1表示相邻出光端的光出射中心之间的间距，θ1表示相邻出光端输出的激光光束经过准直透镜后中心光线之间的夹角。
15.通过上述实施方式，可以使选择的准直系统更加符合光路需求，从而能够更好地保证系统的扫描精度。
16.在第一方面的一种可能的实施方式中，所述激光扫描单元满足：25.4/dpi＝f2*(θ1*π/180
°
)，其中，dpi表示在所述感光表面的副扫描方向上的扫描分辨率，f2表示所述成像光学系统的焦距。
17.通过上述实施方式设计光路参数，能够更好地保证系统在副扫描方向上的扫描精度。
18.在第一方面的一种可能的实施方式中，所述激光扫描单元满足：f2＝d2/(θ2*π/180
°
)，其中，f2表示所述成像光学系统的焦距，d2表示所述感光表面在主扫描方向上的扫描宽度，θ2表示所述多面扫描镜的扫描角度。
19.通过上述实施方式设计光路参数，能够更好地保证系统在主扫描方向上的扫描精度。
20.在第一方面的一种可能的实施方式中，所述多面扫描镜包括旋转轴，所述多面扫描镜以所述旋转轴为轴心旋转，各所述出光端的光出射中心沿平行于多面扫描镜的旋转轴方向等间距排布。
21.上述实施方式中，各出光端的光出射中心沿平行于多面扫描镜的旋转轴方向等间距排布，对应的，各个激光光束在感光表面上形成的光斑可以沿副扫描方向等间距排布，即各个激光光束在感光表面上形成的光斑在列方向上是对齐的，这样就可以方便对激光进行调制，降低激光调制过程的复杂度。
22.在第一方面的一种可能的实施方式中，相邻出光端的光出射中心之间的间距d1满足：50μm》d1》10μm。这样可以在减小准直系统的体积的同时，降低制造难度，并提高光传输效果。
23.在第一方面的一种可能的实施方式中，所述激光扫描单元满足：1》l1/f1》0.2，其中，f1表示所述准直系统的焦距，l1表示所述准直系统的光程长度。
24.通过上述实施方式，可以在降低准直系统的结构复杂度的同时，满足准直系统的体积需求。
25.在第一方面的一种可能的实施方式中，所述激光扫描单元满足：1.5》f2/l2》0.5，
其中，f2表示所述成像光学系统的焦距，l2表示所述成像光学系统的光程长度。
26.在第一方面的一种可能的实施方式中，各所述出光端的光出射中心的出射方向朝向所述准直系统的光心。这样便于准直系统收集各激光光束，提高光传输效率。
27.在第一方面的一种可能的实施方式中，所述光合束器的入光端设置有耦合透镜。这样可以增加光合束器的光耦合效率，提高光传输效率。
28.第二方面，本技术实施例提供一种激光打印机，包括控制单元、感光鼓和上述第一方面或第一方面的任一实施方式所述的激光扫描单元；所述控制单元用于：
29.控制所述激光扫描单元将产生的多路激光光束沿主扫描方向扫描在所述感光鼓的感光表面，形成多行扫描光斑；其中，所述主扫描方向与所述感光鼓的所述旋转轴的轴向方向平行；
30.在所述激光扫描单元每完成一次主扫描方向上的扫描时，控制所述感光鼓绕旋转轴旋转，使所述感光表面上的扫描光斑移动多个像素点距离。
31.可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
附图说明
32.图1为本技术实施例提供的黑白激光打印机的结构示意图；
33.图2为本技术实施例提供的一种彩色激光打印机的结构示意图；
34.图3为本技术实施例提供的另一种彩色激光打印机的结构示意图；
35.图4为本技术实施例提供的激光扫描过程示意图；
36.图5为本技术实施例提供的一种lsu的结构示意图；
37.图6为本技术实施例提供的光合束器的结构示意图；
38.图7为图6中各个光波导通道的出光端的位置关系示意图；
39.图8为本技术实施例提供的副扫描截面中的光路示意图；
40.图9为本技术实施例提供的另一种lsu的结构示意图；
41.图10为本技术实施例提供的又一种lsu的结构示意图。
具体实施方式
42.下面结合本技术实施例中的附图对本技术实施例进行描述。本技术实施例的实施方式部分使用的术语仅用于对本技术的具体实施例进行解释，而非旨在限定本技术。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
43.为了便于理解本技术施例中的技术方案，下面首先对黑白激光打印机的结构和工作原理进行说明。请参阅图1，图1为本技术实施例提供的黑白激光打印机的结构示意图，如图1所示，黑白激光打印机可以包括：控制单元101、lsu102、感光鼓103、充电单元104、显影单元105、转印单元106、定影单元107和清洁单元108，其中，lsu102可以包括激光器和扫描组件(未示出)。
44.可以理解的是，本技术实施例示意的结构并不构成对激光打印机的具体限定。在本技术另一些实施例中，激光打印机可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部
件，或者拆分某些部件，或者进行不同的部件布置。图示的部件可以以硬件，软件或软件和硬件的组合实现。
45.控制单元101可以是激光打印机的神经中枢和指挥中心，其可以产生控制信号控制其他单元模块，使各个单元模块协调工作。即控制单元101与其他需要电信号控制的单元模块电连接，图中为了简洁，只是示例性地示出了控制单元101与lsu102之间的连接关系，其并非用于限定本技术。
46.激光打印机打印的图像是通过激光一行行地书写到感光鼓103上，再进行显影后转印到纸张(转印材料)上的。
47.具体地，lsu102可以包括激光器和扫描组件(未示出)，控制单元101可以根据待打印的图像对lsu102中的激光器产生的激光光束进行调制，控制激光器产生的激光光束的光量和开关状态；lsu102中的扫描组件可以将激光器产生的激光光束沿主扫描方向扫描在感光鼓103的感光表面，形成一行扫描光斑。其中，主扫描方向平行于感光鼓103的旋转轴(即感光鼓103的中心轴)。
48.扫描组件可以包括：准直透镜、多面扫描镜和fθ透镜，准直透镜可以对激光器产生的激光光束进行准直，使激光光束经过准直透镜后变为基本平行的光束；多面扫描镜可以对经过准直透镜的激光光束进行偏转和扫描；fθ透镜可以将经过多面扫描镜的激光光束聚焦到感光鼓103的感光表面，形成上述扫描光斑。
49.其中，多面扫描镜可以是棱柱状的四面镜或六面镜等，经过准直透镜的激光光束在到达多面扫描镜的反射面(即多面扫描镜的任一镜面)时，在反射面的反射作用下，可以被偏转到fθ透镜；另外，多面扫描镜可以在电机等驱动装置的驱动下绕其中心轴(即旋转轴)旋转，在多面扫描镜的反射和旋转作用下，经过fθ透镜聚焦的激光光束可以沿主扫描方向从感光鼓103的一端移动到另一端，形成上述扫描光斑。以六面镜为例，多面扫描镜的六个侧面可以形成六个反射面，多面扫描镜每旋转一周，则可以完成六次扫描，形成六行扫描光斑。
50.感光鼓103可以在电机(未示出)的驱动下，沿图中所示的逆时针方向转动；lsu102在主扫描方向上每完成一次扫描(即扫描完一行)，感光鼓103的感光表面对应的旋转一个像素点距离，即感光表面上的扫描光斑沿感光表面移动一个像素点距离；随着感光鼓103的旋转，感光鼓103的感光表面相对于激光光束沿副扫描方向移动，从而实现副扫描方向上的扫描。其中，副扫描方向垂直于主扫描方向，与感光鼓103的旋转方向一致。即主扫描方向平行感光鼓30的轴向方向(也可以认为是纸张的行方向)，副扫描方向为感光鼓30的旋转方向(也可以认为是纸张的列方向)。
51.充电单元104可以为感光鼓103充电，使感光鼓103的感光表面产生均匀的负电荷。感光鼓103的感光表面上被激光光束照射(即曝光)的点被放电，未被曝光的点电荷保持不变；随着lsu102的扫描和感光鼓103的转动，感光鼓103的感光表面可以在激光光束的作用下形成一幅潜隐的图像，即静电潜像。
52.显影单元105位于感光鼓103的曝光位置的下游，随着感光鼓103的旋转，静电潜像可以被传送到显影单元105的显影位置。显影单元105中具有黑色(black，bk)显影剂(一般为碳粉，以下以碳粉为例进行说明)，碳粉带有负电荷；在静电潜像经过显影位置的过程中，显影单元105可以将bk碳粉施加在感光鼓103的感光表面；静电潜像中被曝光的点可以吸附
碳粉，未被曝光的点排斥碳粉，从而，在bk碳粉的作用下，静电潜像被显影为一幅可见的黑色图像。
53.显影单元105显影的黑色图像，在经过转印单元106时，可以被转印单元106转印到位于感光鼓103和转印单元106之间的纸张p上。纸张p可以由位于感光鼓103一侧的纸盒(未示出)供应，也可以手动送入。
54.定影单元107可以包括热辊系统，黑色图像被转印到纸张p上后，纸张p可以被送入定影单元107，由定影单元107的热辊系统对纸张p进行加压和加热，使黑色图像定影在纸张p上。被定影后的纸张p可以被输出到装置外。
55.清洁单元108用于清除感光鼓103的感光表面上残留的碳粉和电荷，使下一个打印周期有一个洁净的感光鼓103。
56.如上所述，黑白激光打印机是采用激光光束在感光鼓103上形成静电潜像，然后使用黑色碳粉显影静电潜像，将得到的黑色图像定影在纸张上，完成黑白打印。彩色激光打印机的与黑白激光打印机类似，不同之处主要在于，彩色激光打印机需要依次使用多种颜色的碳粉进行多种颜色的打印，因此，彩色激光打印机的打印速度相对比较慢。
57.其中，彩色激光打印机一般是采用cmyk模式来打印，即采用青色(cyan，c)、品红色(magenta，m)、黄色(yellow，y)、黑色(black，bk)四种颜色的碳粉实现彩色打印。可以理解的是，彩色激光打印机也可以采用其他彩色模式实现彩色打印，本实施例中后续以cmyk模式为例进行示例性说明。
58.为了提升打印速度，现有技术中，一种可选的方案是采用四个感光鼓同时打印四种颜色。具体地，如图2所示，激光打印机包括四个感光鼓：感光鼓201-c、感光鼓201-m、感光鼓201-y和感光鼓201-k，每个感光鼓分别配备一个lsu和显影单元，其中，感光鼓201-c对应lsu202-c和显影单元203-c，感光鼓201-m对应lsu202-m和显影单元203-m，感光鼓201-y对应lsu202-y和显影单元203-y，感光鼓201-k对应lsu202-k和显影单元203-k。
59.激光打印机可以通过lsu202-c、lsu202-m、lsu202-y、lsu202-k，产生四路激光光束；四路激光光束分别被对应扫描在感光鼓202-c、感光鼓202-m、感光鼓202-y、感光鼓202-k上，以形成四种颜色对应的静电潜像。其中，四路激光光束可以通过控制单元进行调制，为简明起见，图2中未示出控制单元等部分功能模块。
60.显影单元203-c、显影单元203-m、显影单元203-y和显影单元203-k，分别盛装一种颜色的碳粉；四种颜色对应的静电潜像可以分别被对应的显影单元显影为可见图像。
61.四种颜色的可见图像可以通过二次转印被转印单元204转印在纸张p上。其中，转印单元204包括转印带2041和转印辊2042，随着四个感光鼓的旋转和转印单元204中转印带2041的移动，四种颜色的可见图像可以先后被转印在转印带2041上的同一转印区域，在该转印区域中形成彩色图像；随着转印带2041的移动，转印区域中的彩色图像可以在转印辊2042的作用下被转印在纸张p上。
62.彩色图像被转印到纸张p上后，纸张p可以被送入定影单元205，由定影单元205对纸张p进行加压和加热，使彩色图像定影在纸张p上。
63.转印带和每个感光鼓可以均配备一个清洁单元(未示出)，以清除转印带和各个感光鼓上的残留的碳粉和电荷。
64.可以看出，上述现有技术中这种激光打印机需要四套lsu和感光鼓，结构比较复
杂，相应的，制造成本也比较高。
65.为了在提高打印速度的同时，降低结构复杂度和制造成本，本技术实施例提供一种lsu，主要通过增加激光光束的数量，实现在感光表面上同时进行多行扫描；并通过采用多通道的光合束器使多路激光光源以比较小的间距精确排列，来保证多路激光光束在感光表面上进行高精度扫描。
66.本技术实施例提供的能够实现多行扫描的lsu，可以应用于激光打印机中，提升激光打印机的打印速度的同时，降低激光打印机的结构复杂度和制造成本；也可以应用于其他需要高精度大范围扫描的设备中，例如可以应用于激光雷达扫描设备中，提升激光雷达扫描设备的扫描速度。
67.其中，所应用的激光打印机可以是黑白激光打印机，也可以是彩色激光打印机。
68.例如，可以将图1中所示的黑白激光打印机中的lsu进行替换，在感光鼓上进行多行扫描，具体的打印过程与图1中所述的打印过程类似，主要区别在于，感光鼓每完成一次扫描，在旋转时可以根据一次扫描的行数旋转多个像素点距离，比如每次扫描四行，则旋转四个像素点距离。
69.对于彩色激光打印机，可以在图1所示的激光打印机的基础上，对lsu、显影单元和转印单元进行调整，实现多行扫描和彩色打印。下面以彩色激光打印机为例示例性说明本技术的技术方案。
70.请参阅图3，图3为本技术实施例提供的另一种彩色激光打印机的结构示意图，如图3所示，彩色激光打印机可以包括：控制单元10、lsu20、感光鼓30、充电单元40、显影单元50、转印单元60、定影单元70、清洁单元81和清洁单元82。
71.其中，控制单元10用于控制各单元模块协调工作，完成打印任务。
72.lsu20可以产生多路激光光束，本实施例后续以4路激光光束为例进行示例性说明。四路激光光束照射在感光鼓30上后可以形成沿副扫描方向排布的四个激光光斑，lsu20可以将产生的激光光束沿主扫描方向扫描在感光鼓30的感光表面，对应的，lsu20在主扫描方向上每完成一次扫描，则可以在感光鼓30的感光表面上形成四行扫描光斑。
73.充电单元40可以为感光鼓30充电；显影单元50中具有c、m、y、bk四种颜色的碳粉；转印单元60包括转印带和转印辊；清洁单元81用于清除感光鼓30的感光表面上残留的碳粉和电荷，清洁单元82用于清除转印带上残留的碳粉和电荷。
74.参见图4，各单元模块可以在控制单元10的控制下，执行如下过程完成一幅图像的打印：
75.s1、充电单元40对感光鼓30充电，使感光鼓30的感光表面产生均匀的负电荷。
76.s2、lsu20产生激光光束沿主扫描方向扫描感光鼓30的感光表面，感光鼓30朝副扫描方向周期性旋转，使感光鼓30的感光表面上产生颜色1对应的静电潜像。
77.其中，lsu20每完成一次主扫描方向上的扫描，感光鼓30朝副扫描方向进行一次旋转，感光鼓30的感光表面每次可以旋转四个像素点距离。
78.s3、显影单元50将颜色1对应的碳粉施加在感光鼓30的感光表面，使感光表面形成颜色1对应的可见图像。
79.其中，颜色1可以是c、m、y、bk四种颜色中的任意一种颜色。
80.s4、转印单元60将颜色1对应的可见图像转印到转印带的目标转印区域。其中，目
标转印区域可以是转印带上的任意一部分区域。
81.s5、清洁单元81清除感光鼓30上残留的碳粉和电荷。
82.s6、重复执行上述s1～s5，依次将颜色2、颜色3和颜色4对应的可见图像转印到目标转印区域，使目标转印区域中形成彩色图像。
83.s7、转印单元60将目标转印区域中形成的彩色图像转印到纸张p上。
84.s8、定影单元70将彩色图像定影在纸张p上，清洁单元82清除转印带上残留的碳粉和电荷。
85.可以理解的是，在打印任一种颜色的可见图像的过程中，随着感光鼓30的旋转，上述s1～s5可以被重复地执行，使经过上述步骤s1～s5处理后的感光表面可以形成该颜色对应的可见图像。
86.其中，在打印一幅图像的过程中，可以先通过步骤s1～s5转印整幅图像的颜色1对应的可见图像，再通过步骤s6依次转印整幅图像的其他三种颜色对应的可见图像，然后通过步骤s7和s8将彩色图像转印并定影到纸张p上后输出纸张p；也可以先通过步骤s1～s7将该幅图像的部分图像对应的可见图像转印到纸张p上后，再将剩余图像对应的可见图像转印到纸张p上，然后通过步骤s8进行定影。具体的打印方式可以根据需要设定，本实施例对此不做特别限定。
87.另外，四种颜色的形成顺序可以是任意顺序，本实施例对此也不做特别限定。
88.下面对lsu20的具体结构进行说明。
89.图5为本技术实施例提供的一种lsu的结构示意图，该图是lsu20的主扫描截面视图，其中，主扫描截面是平行于主扫描方向和lsu20的光轴(即lsu20的对称轴)的截面。如图5所示，lsu20可以包括激光光源1、光合束器2、准直系统3、多面扫描镜4和成像光学系统，其中，成像光学系统一般采用fθ透镜实现，为了便于理解，采用fθ系统5表示成像光学系统。
90.其中，激光光源1用于产生多路激光光束，继续以四路激光光束为例，激光光源1可以包括四个激光器，四个激光器可以是独立的器件，也可以集成在一个或多个器件中。各激光光束的波长可以是780nm或其他波长。
91.光合束器2用于缩小各激光光束的中心光线之间的间距，使各路激光光源能够以比较小的间距精确排列。其中，可以理解激光光束的横向截面有一个中心点，中心轴为垂直于该截面且穿射中心点的一条参考线，激光光束的中心光线则是激光光束中与该激光光束的中心轴重合的光线，激光光束的中心光线亦可称为主光线。
92.具体地，光合束器2内部的光传输通道可以通过透镜组合实现，也可以通过光波导实现，以降低结构复杂度，提高光传输效率。
93.图6为本技术实施例提供的光合束器的结构示意图，如图6所示，光合束器2可以包括四个光波导通道21，光波导通道21与激光光束一一对应，每个光波导通道21的入光端22可以接收对应的激光光束，出光端23可以将激光光束射向准直系统3。光合束器2可以具有外壳(未示出)。
94.光波导通道21的入光端22可以与激光光源的光出射口对接，入光端22可以设置耦合透镜，以增加光波导通道21的光耦合效率，提高光传输效率。
95.各个光波导通道21的入光端22之间的位置关系可以与激光光源的四个光出射口之间的位置关系一致，都采用线性排布方式。
96.可以理解的是，图6中是以四个入光端22线性排布为例进行示例性说明，其并非用于限定本技术，在其他实施例中，四个入光端22也可以是其他排布方式，比如四个入光端22可以以两行两列的形式排布。
97.图7为图6中各个光波导通道的出光端的位置关系示意图，如图7所示，各出光端23的光出射中心(即出光端23的光出射端面的中心)可以沿一条直线排布，且各相邻光出射中心之间的间距相等，以使经过光合束器2的各激光光束在感光表面上形成的光斑可以沿副扫描方向等间距排布。
98.其中，各个出光端23的光出射中心所在的直线可以与多面扫描镜4的旋转轴形成夹角，也可以与多面扫描镜4的旋转轴平行，即各个出光端23的光出射中心可以沿平行于多面扫描镜4的旋转轴的方向等间距排布，对应的，各个激光光束在到达多面扫描镜4时，与多面扫描镜4的反射面之间的夹角相同，进而被偏转到感光表面后，在感光表面上形成的光斑可以沿副扫描方向等间距排布，即各个激光光束在感光表面上形成的光斑在列方向上是对齐的，这样就可以方便对激光进行调制，降低激光调制过程的复杂度，后续也以此为例进行说明。
99.光波导通道21可以改变激光光束的光传输方向，在各个光波导通道21作用下，四路激光光束经过光合束器2后，中心光线之间的间距可以被缩小到比较小的距离。
100.其中，四路激光光束经过光合束器2后中心光线之间的间距，也即，四个出光端23的光出射中心之间的间距d1，与准直系统3的焦距相关，准直系统3的焦距越大，对应的，准直系统3的系统体积越大，因此，为了减小准直系统3的体积，四个出光端23的光出射中心之间的间距d1可以设置的尽可能小；另外，考虑到间距d1越小，制造难度越大，相邻出光端23的激光光束之间的串扰也越大，因此，本实施例中，综合考虑准直系统3的体积、制造难度和光传输效果，光合束器2的四个出光端23的光出射中心之间的间距d1可以设置在10μm到50μm之间。
101.光波导通道21的出光端23可以具有将对应的激光光束整形成具有一定发散角和一定大小光斑的能力，示例性地，本实施例中，出光端23输出的激光光束的发散角约为10
°
，光斑近似为圆形。
102.如图8所示，各个光波导通道21的出光端23的光出射中心的出射方向可以朝向准直系统3的光心，这样便于准直系统3收集各激光光束，提高光传输效率。其中，准直系统3的光心是一个较为特殊的点，该点位于准直系统3的光轴(即准直系统3的对称轴)上，经过该点的光线传播方向不变，准直系统3的焦距f1即为准直系统3的光心到焦点的距离。
103.为简洁起见，图8中只示出了副扫描截面中光合束器2、准直系统3、fθ系统5和感光鼓30，省略了其他器件，且准直系统3和fθ系统5均采用一个透镜表示；另外，为了便于理解，各激光光束采用不同的线条样式表示，并且，图8中只是示例性地示出了四个光斑之间的位置关系，并不限定光斑的具体位置和大小；其中，副扫描截面为平行于副扫描方向和lsu20的光轴的截面。
104.准直系统3用于对经过光合束器2缩距的各激光光束进行准直，使经过准直系统3的激光光束基本上平行，并使射向fθ系统5的激光光束的中心光线之间的夹角满足要求。
105.准直系统3可以包括一个或多个准直透镜，准直透镜可以采用玻璃或塑胶制成；准直透镜的具体数量可以根据准直系统3的焦距f1确定。当焦距f1较小时，可以采用一个准直
透镜，以降低系统复杂度；当焦距f1较大时，可以采用多个准直透镜，以减小准直系统3在光轴方向上的长度(即光程长度)。图5中是以准直系统3包括一个具有负光焦度的第一准直透镜31和一个具有正光焦度的第二准直透镜32为例进行示例性说明。
106.具体地，准直系统3的焦距f1与准直系统3的光程长度l1可以满足：1》l1/f1》0.2，以降低准直系统3的结构复杂度的同时，满足准直系统3的体积需求。
107.准直系统3的焦距f1与射向fθ系统5的激光光束的中心光线之间的夹角和光合束器2的四个出光端23的光出射中心之间的间距d1相关，其具体可以满足如下表达式：
108.f1＝d1/tan(θ1)
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(1)
109.其中，θ1表示光合束器2的相邻出光端23输出的激光光束，经过准直透镜后中心光线之间的夹角。由于相对于准直系统3的焦距f1，光合束器2的相邻出光端23之间的间距非常小，各出光端23输出的激光光束经过准直透镜后，相邻激光光束的中心光线之间的夹角虽然有所差别，但是相差特别小，对准直系统3的焦距f1的影响很小，因此，各出光端23输出的激光光束经过准直透镜后，相邻激光光束的中心光线之间的夹角可以认为是相等的。
110.多面扫描镜4用于对经过准直系统3准直的各激光光束进行偏转和扫描。具体地，多面扫描镜4的旋转轴可以垂直于主扫描方向，多面扫描镜4的反射面可以对入射的激光光束进行偏转，使激光光束射向fθ系统5。
111.多面扫描镜4可以在驱动装置如电机(未示出)的驱动下，以恒定速度转动，从而使激光光束可以在一定的角度范围内往复扫描。多面扫描镜4的扫描角度θ2为多面扫描镜4的一个反射面对应的圆心角角度，示例性地，如图5所示，多面扫描镜4为棱柱状的六面镜，扫描角度θ2对应的为60
°
。
112.fθ系统5用于将经过多面扫描镜4偏转的各激光光束聚焦在感光鼓30的感光表面，形成四个激光光斑。如图8所示，四路激光光束在光合束器2上对应的出光端23的光出射中心沿平行于多面扫描镜4的旋转轴的方向等间距排布(间距为d1)，对应的，四路激光光束经过fθ系统5形成的四个激光光斑沿副扫描方向等间距排布；在多面扫描镜4的扫描作用下，四路激光光束则可以在感光鼓30上对应形成副扫描方向等间距排布的四行扫描光斑。
113.fθ系统5可以包括一个或多个fθ透镜，fθ透镜可以采用塑胶材料制成，fθ透镜的具体数量可以根据所需要形成的激光光斑的大小确定。当需要形成的激光光斑不需要很小时，可以采用一个fθ透镜，以降低系统复杂度和制造成本；当需要形成比较小的激光光斑时，可以采用多个fθ透镜，以保证聚焦精度。图5中是以fθ系统5包括两个fθ透镜(第一fθ透镜51和第二fθ透镜52)为例进行示例性说明。
114.其中，所需要形成的激光光斑的大小与扫描分辨率dpi有关，扫描分辨率dpi越大，单位距离中需要形成的激光光斑越多，对应的，各激光光斑要求越小。为了保证打印质量，fθ系统5的畸变可以被控制到小于0.5％。
115.fθ系统5的焦距f2与扫描角度θ2和感光表面在主扫描方向上的扫描宽度d2相关，其可以满足如下表达式：
116.f2＝d2/(θ2*π/180
°
)
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(2)
117.其中，fθ系统5的扫描宽度d2为fθ系统5在感光鼓30上所形成的扫描光斑，在主扫描方向上的最大宽度；该扫描宽度d2可以与纸张宽度一致。
118.另外，fθ系统5的焦距f2还与扫描分辨率dpi有关，扫描分辨率dpi越大，单位距离
中需要形成的激光光斑越多，对应的，各激光光斑的质心之间的间距d要求越小，fθ系统5的焦距f2则要求越大。
119.其中，分辨率dpi表示每英寸长度(25.4mm)内的像素点数，对应的，d＝25.4mm/dpi，fθ系统5的焦距f2可以满足如下表达式：
120.d＝f2*(θ1*π/180
°
)
ꢀꢀꢀ
(3)
121.另外，fθ系统5的焦距f2与fθ系统5的光程长度l2可以满足：1.5》f2/l2》0.5。
122.假设光合束器2的四个出光端23的光出射中心之间的间距d1为30μm，纸张为a4纸，扫描角度θ2为60
°
，行方向(对应主扫描方向)和列方向(对应副扫描方向)的扫描分辨率为600dpi为例，则扫描宽度d2＝210mm，各激光光斑的质心之间的间距d＝42μm，根据公式(2)可以确定出fθ系统5的焦距f2＝201mm，然后，根据公式(3)和公式(1)可以确定出准直系统3的焦距f1＝143mm。采用图5所示的结构，准直系统3的光程长度可以被缩减为59mm，fθ系统5的光程长度可以被控制在226mm，lsu20的系统总长可以被控制在285mm。
123.其中，在确定焦距f1和f2时，可以采用进一法、四舍五入法、忽略小数法等方法确定一个整数，也可以采用类似的方法保留若干小数位，本实施例中以采用四舍五入法取整为例进行示例性说明。
124.下面结合图5说明lsu20的具体工作原理：
125.激光光源1根据控制单元10的激光调制信号，将待打印的四行图像中沿列方向(对应副扫描方向)排布的四个图像点转换为四路激光脉冲信号(即激光光束)，四路激光光束经过光合束器2后，被排列成光出射中心沿平行于多面扫描镜4的旋转轴的方向等间距排布的四路激光光束；然后，准直系统3将四束发散的激光光束转变为基本平行的光束，四路激光光束经过多面扫描镜4后，被偏转到fθ系统5，fθ系统5对四路激光光束进行聚焦，从而在感光鼓30上形成四个光斑；激光光源1继续生成四行图像的后几列的图像点对应的激光光束，随着多面扫描镜4的匀速转动，激光光源1生成的四行图像对应的激光光束可以被沿着主扫描方向扫描在感光鼓30上，进行四行同时扫描，并在感光鼓30上形成四行扫描光斑。当完成四行扫描后，控制感光鼓30旋转一定角度，伴随着多面扫描镜4转动到下一个反射面，激光光源1继续生成后面四行图像对应的激光光束，进行后面四行图像的扫描。
126.如前所述，lsu20中准直系统3和fθ系统5中包含的透镜数量可以根据相关的需求设置，下面示例性说明另外两种不同需求的应用场景下对应的lsu20结构。
127.第一种应用场景：扫描分辨率为2000dpi。
128.基于上述需求，可以确定出感光表面上各激光光斑的质心之间的间距d＝12.7μm，结合上述公式(1)～公式(3)可知，相比图5中所述的600dpi的应用场景，该场景中系统需要更长的准直系统3焦距f1，为了降低制造难度，光合束器2的四个出光端23的光出射中心之间的间距d1可以继续采用30μm。
129.与图5中所述的场景一致，扫描宽度d2为210mm，扫描角度θ2为60
°
；则可以确定出fθ系统5的焦距f2＝201mm，准直系统3的焦距f1＝472mm。
130.相比图5中所述的场景，该场景需要更小的间距d和更长的准直系统3焦距f1，其对应的lsu20的结构可以如图9所示，准直系统3可以采用两个准直透镜，以减小系统总长的同时，降低装配难度；fθ系统5可以采用三个fθ透镜，以保证打印精度；其他结构(激光光源、光合束器2和多面扫描镜4)与图5中类似。
131.基于图9中的结构，该场景对应的结构参数可以被设计为表1中所示的结果，其中，表1中同时列出了与图5中所示场景的结构参数的对比情况。
132.表1：
[0133] 图5图9扫描分辨率600dpi2000dpi光合束器2的间距d130μm30μm准直系统3的光程长度59mm100mmfθ系统5的光程长度226mm250mm系统总长285mm350mm
[0134]
相比图5中所述的场景，图9对应的场景，扫描分辨率显著提高，相对应的，系统需要更长的准直系统3焦距，系统总长随之增加。
[0135]
第二种应用场景：扫描分辨率为200dpi。
[0136]
基于上述需求，可以确定出感光表面上各激光光斑的质心之间的间距d＝127μm，结合上述公式(1)～公式(3)可知，相比图5中所述的600dpi的应用场景，该场景的扫描分辨率要求变低，系统需要的准直系统3的焦距f1变小，为了降低制造难度，光合束器2的四个出光端23的光出射中心之间的间距d1可以选择稍大的值，例如可以为50μm。
[0137]
与图5中所述的场景一致，扫描宽度d2为210mm，扫描角度θ2为60
°
；则可以确定出fθ系统5的焦距f2＝201mm，准直系统3的焦距f1＝79mm。
[0138]
相比图5中所述的场景，该场景中间距d变大，准直系统3的焦距f1变短，其对应的lsu20的结构可以如图10所示，准直系统3可以采用两个准直透镜，以减小系统总长；fθ系统5可以采用一个fθ透镜，以降低装配难度和制造成本；其他结构(激光光源、光合束器2和多面扫描镜4)与图5中类似。
[0139]
基于图10中的结构，该场景对应的结构参数可以被设计为表2中所示的结果，其中，表1中同时列出了与图5中所示场景的结构参数的对比情况。
[0140]
表2：
[0141] 图5图10扫描分辨率600dpi200dpi光合束器2的间距d130μm50μm准直系统3的光程长度59mm51mmfθ系统5的光程长度226mm250mm系统总长285mm301mm
[0142]
相比图5中所述的场景，图10对应的场景，扫描分辨率要求变低，相对应的，系统需要的准直系统3的焦距f1变短，系统总长随之变短。
[0143]
可以理解的是，本技术实施例示意的结构并不构成对lsu20的具体限定。在本技术另一些实施例中，lsu20可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者进行不同的部件布置，例如，lsu20中也可以在fθ系统5与感光鼓30之间设置反射镜，用于改变光路。
[0144]
本技术实施例提供的技术方案中，lsu可以产生多路激光光束，实现在感光表面上同时进行多行扫描，因而，可以有效提高扫描速度，进而，在将lsu应用于激光打印机中时，
可以提高激光打印机的打印速度；而且，对于采用多种(例如四种)颜色的碳粉的彩色激光打印机，当lsu采用四路或者更多路激光光束时，采用一套lsu顺序打印各种颜色，即可实现与采用四套传统lsu(产生一路激光光束)的彩色激光打印机相同甚至更高的打印速度，这样就不必采用四套lsu，因而本技术实施例提供的技术方案在提高彩色激光打印机的打印速度的同时，也可以降低彩色激光打印机的结构复杂度和制造成本；另外，本方案中，lsu采用光合束器，可以使多路激光光源以比较小的间距精确排列，从而可以保证多路激光光束在感光表面上精确聚焦，实现高精度扫描。
[0145]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0146]
另外，在本技术的描述中，需要理解的是，术语“纵”、“横”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的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技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
[0147]
此外，在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”等应做广义理解，例如可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定、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技术中的具体含义。
[0148]
应当理解，在本技术说明书和所附权利要求书的描述中，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或模块，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。
[0149]
在本技术的描述中，除非另有说明，“/”表示前后关联的对象是一种“或”的关系，例如，a/b可以表示a或b；本技术中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况，其中a，b可以是单数或者复数。
[0150]
并且，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或多于两个。“以下至少一项”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项或复数项的任意组合。例如，a，b，或c中的至少一项，可以表示：a，b，c，a-b，a-c，b-c，或a-b-c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
[0151]
另外，在本技术说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。
[0152]
在本技术说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本技术的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。
[0153]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，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技术各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种激光扫描单元，其特征在于，包括：激光光源，用于产生多路激光光束；光合束器，具有与各所述激光光束一一对应的入光端和出光端，所述入光端用于接收对应的激光光束，所述光合束器用于将各所述入光端接收的激光光束的中心光线之间的间距缩小后，将各所述激光光束从对应的出光端输出；其中，各所述出光端的光出射中心沿一条直线排布，且各相邻所述出光端的光出射中心之间的间距相等；扫描组件，用于将所述光合束器输出的每路激光光束沿主扫描方向扫描在感光表面，形成多行扫描光斑。2.根据权利要求1所述的激光扫描单元，其特征在于，每路所述激光光束对应的入光端和出光端之间通过光波导通道连通。3.根据权利要求1或2所述的激光扫描单元，其特征在于，所述扫描组件包括：准直系统、多面扫描镜和成像光学系统，所述准直系统用于对经过所述光合束器缩小间距的各所述激光光束进行准直，所述多面扫描镜用于对经过所述准直系统准直的各所述激光光束进行偏转和扫描，所述成像光学系统用于将经过所述多面扫描镜偏转和扫描的各所述激光光束聚焦在所述感光表面，以形成多行沿主扫描方向排布的扫描光斑。4.根据权利要求3所述的激光扫描单元，其特征在于，所述激光扫描单元满足：f1＝d1/tan(θ1)，其中，f1表示所述准直系统的焦距，d1表示相邻出光端的光出射中心之间的间距，θ1表示相邻出光端输出的激光光束经过准直透镜后中心光线之间的夹角。5.根据权利要求4所述的激光扫描单元，其特征在于，所述激光扫描单元满足：25.4/dpi＝f2*(θ1*π/180
°
)，其中，dpi表示在所述感光表面的副扫描方向上的扫描分辨率，f2表示所述成像光学系统的焦距，所述副扫描方向与所述主扫描方向垂直。6.根据权利要求3-5任一项所述的激光扫描单元，其特征在于，所述激光扫描单元满足：f2＝d2/(θ2*π/180
°
)，其中，f2表示所述成像光学系统的焦距，d2表示所述感光表面在主扫描方向上的扫描宽度，θ2表示所述多面扫描镜的扫描角度。7.根据权利要求3-6任一项所述的激光扫描单元，其特征在于，所述多面扫描镜包括旋转轴，所述多面扫描镜以所述旋转轴为轴心旋转，各所述出光端的光出射中心沿平行于所述多面扫描镜的旋转轴方向等间距排布。8.根据权利要求7所述的激光扫描单元，其特征在于，相邻出光端的光出射中心之间的间距d1满足：50μm>d1>10μm。9.根据权利要求3-8任一项所述的激光扫描单元，其特征在于，所述激光扫描单元满足：1>l1/f1>0.2，其中，f1表示所述准直系统的焦距，l1表示所述准直系统的光程长度。10.根据权利要求3-9任一项所述的激光扫描单元，其特征在于，所述激光扫描单元满足：1.5>f2/l2>0.5，其中，f2表示所述成像光学系统的焦距，l2表示所述成像光学系统的光程长度。11.根据权利要求3-10任一项所述的激光扫描单元，其特征在于，各所述出光端的光出射中心的出射方向朝向所述准直系统的光心。12.根据权利要求1-11任一项所述的激光扫描单元，其特征在于，所述光合束器的入光端设置有耦合透镜。13.一种激光打印机，其特征在于，包括控制单元、感光鼓和如权利要求1-10任一项所
述的激光扫描单元；所述控制单元用于：控制所述激光扫描单元将产生的多路激光光束沿主扫描方向扫描在所述感光鼓的感光表面，形成多行扫描光斑；其中，所述主扫描方向与所述感光鼓的旋转轴的轴向方向平行；在所述激光扫描单元每完成一次主扫描方向上的扫描时，控制所述感光鼓绕旋转轴旋转，使所述感光表面上的扫描光斑移动多个像素点距离。

技术总结
本申请提供一种激光扫描单元和激光打印机，涉及激光扫描技术领域，其中，激光扫描单元包括激光光源、光合束器和扫描组件，激光光源用于产生多路激光光束；光合束器具有与各激光光束一一对应的入光端和出光端，其中，入光端用于接收对应的激光光束，光合束器用于将各入光端接收的激光光束的中心光线之间的间距缩小后，将各激光光束从对应的出光端输出，各出光端的光出射中心沿一条直线排布，且各相邻出光端的光出射中心之间的间距相等；扫描组件用于将光合束器输出的每路激光光束沿主扫描方向扫描在感光表面，形成多行扫描光斑。本申请提供的技术方案可以提升激光扫描速度，进而可以提升激光打印机的打印速度。以提升激光打印机的打印速度。以提升激光打印机的打印速度。


技术研发人员：张凯元 贺保丁 李睿 郭利德 高屹东
受保护的技术使用者：华为技术有限公司
技术研发日：2022.01.26
技术公布日：2023/8/4