专利名称：电子补偿式扫描装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种激光印像机或打印机的电子补偿式扫描装置。
背景技术：
彩色激光印像机或打印机的工作原理是用经过信息调制后的三束不同波长的激光束(红、绿、蓝)扫描到感光材料(像纸或胶片)上形成图像的。适用该工作原理的扫描镜称为F-θ扫描镜。三束激光束由各自独立的光学系统整形准直后，合并成一束激光束，合成后的光束以一定的角度入射到旋转反射镜(振镜或转镜)，的反射表面上，经过F-θ扫描镜在感光材料上进行扫描形成图像。这种F-θ扫描镜不仅要求在扫描面上很好地校正垂轴和轴向色差，而且应该有较小的畸变和扫描线性误差。满足这种要求的F-θ扫描镜尤其是在大幅面扫描时光学设计复杂、精度低、制造成本高，一般由很多片透镜组成。
实用新型内容本实用新型的目的就是要克服上述不足，提供一种设计简单、制造成本低且精度较高电子补偿式扫描装置。
本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的本实用新型电子补偿式扫描装置包括红、绿、蓝三个信号调制链路、旋转反射镜以及扫描镜，所述信号调制链路包括激光器、扩束调焦镜组、光束合成镜和电性连接的声光调制驱动器、声光调制器，激光器置于声光调制器之前并向其发射光束，扩束调焦镜组则置于声光调制器之后接受其出射的光束，光束合成镜则置于扩束调焦镜组之后，供激光束合成并入射至旋转反射镜，所述扫描镜与旋转反射镜处于同一方向以接收旋转反射镜出射的激光束，此外，所述各信号调制链路还包括调制补偿装置，其与声光调制驱动器电性连接，图像信号自所述调制补偿装置输入。
所述调制补偿电路包括存储器和与所述存储器电性连接的曝光时间计数器、像素点时间计数器、像素点地址计数器以及分别与曝光时间计数器、像素点时间计数器电性连接的曝光调制时钟形成电路，所述曝光时间计数器、像素点时间计数器、像素点地址计数器还分别与时基时钟振荡器电性连接。所述扫描镜包括三个光学镜片依次排列在同一轴线上。
与现有技术相比较，本实用新型的优点在于由于采用了激光束调制补偿电路，简化了扫描镜尤其大幅面扫描镜——F-θ扫描镜的设计，降低了设计难度和制造成本，尤其在要求大幅面扫描时，有效地提高了扫描精度。
以下结合附图说明和实施例，对本实用新型作进一步的说明
图1为应用本实用新型的典型激光印像机或打印机的原理示意图；图2为应用本实用新型后简化的扫描镜示意图；图3为本实用新型调制补偿电路的原理示意图；图4为光点分离示意图；图5为垂轴色差曲线；图6为扫描镜畸变曲线；图7为扫描调制信号MCLK示意图；图8为扫描调制信号MCLK的量化图；图9为CG曝光调制信号生成线路图；图10为全视场畸变曲线图。
具体实施方式请参阅图1，本实用新型电子补偿式扫描装置，包括红、绿、蓝三个信号调制链路、旋转反射镜50以及扫描镜70，所述信号调制链路包括红、绿、蓝三个激光器12，14，16、声光调制驱动器82，84，86、声光调制器22，24，26、扩束调焦装置32，34，36和光束合成镜42，44，46，其中，声光调制驱动器82，84，86与声光调制器22，24，26电性连接。激光器12，14，16置于声光调制器22，24，26之前并向其发射光束，扩束调焦镜组32，34，36则置于声光调制器22，24，26之后接受其出射的光束，光束合成镜42，44，46则置于扩束调焦镜组32，34，36之后，供激光束合成并入射光束至旋转反射镜50，所述扫描镜70与旋转反射镜50处于同一方向以接收旋转反射镜50出射的激光束，此外，所述各信号调制链路还包括调制补偿装置92，94，96，其与声光调制驱动器82，84，86电性连接，图像信号自所述调制补偿装置92，94，96输入。
如图3所示，适应本实用新型的改进，所述扫描镜仅包括三个光学镜并依次排列在同一轴线上。
请参阅图2，所述调制补偿电路包括存储器901和与所述存储器901电性连接的曝光时间计数器902、像素点时间计数器903、像素点地址计数器904以及分别与曝光时间计数器902、像素点时间计数器903电性连接的曝光调制时钟形成电路906，所述曝光时间计数器902、像素点时间计数器903、像素点地址计数器904还分别与一时基时钟振荡器905电性连接。
请再参阅图1，红、绿、蓝三个激光器12，14，16分别发出三种不同波长红、绿和蓝激光束2，4，6，激光束2，4，6分别聚焦入射到三个声光调制器22，24，26，所述声光调制器22，24，26用来根据图像信息分别对光束2，4，6的光强进行调制，当然也可以采用其他方法来对光强进行调制。
图像信息自调制补偿装置92，94，96输入并经其生成扫描调制信号，由声光调制驱动器82，84，86驱动声光调制器22，24，26对激光束2，4，6进行调制。调制后的光束经过各自独立的扩束聚焦装置32，34，36后，由各个光束合成镜42，44，46合并成单一激光光束8入射到旋转反射镜50。对各个扩束聚集装置32，34，36分别进行调焦可补偿三种光的轴向色差。此处需要特别指出的是，也可以用其他的方法把三束光合并成一束光，因其为公知技术，在此不行赘述。
经图像信息调制后并被合成的单一激光光束8入射到旋转反射镜50的反射面上，反射后的光束入射到扫描镜70进行了扫描，在像纸、胶片60等其它感光材料上形成扫描线，同时扫描镜70又沿着扫描线的垂直方向移动，这样就完成了整幅图像的扫描成像。
由于F-θ扫描镜70未校正垂轴色差，所以合光激光光束8单一的扫描点就会在感光材料60扫描线上就会同时产生三个相互分离的点，每个点对应一种不同波长的激光束，如图4所示，通常这种分离是沿光轴方向对称分布的，越远离光轴，分离越大。电子垂轴色差校正原理是以不同的频率来调制不同波长的激光束，使各种激光束扫描时有相同的像高，达到校正垂轴色差的目的。因此，垂轴色差造成的这种分离，通过以不同时钟频率来调制不同波长的激光束，使各个波长激光束的扫描速度产生微小差别，来进行校正，本实用新型采用三种不同波长激光2、4和6，因此可以采用但三个不同的基本时钟频率。当然频率种类太多就会增加频率的匹配难度，所以，本实用新型所采用的扫描镜70光学设计上就对最长和最短两种波长(红和蓝)的光束进行垂轴色差的校正，用两个不同基本时钟频率来校正与中间波长光束的垂轴色差，这样既降低了扫描镜70的设计和制造难度，又便于两种时钟频率的匹配。
下面结合具体参数来分析。
本实用新型采用的三种扫描激光光束的波长为658nm(红)、532nm(绿)、473nm(蓝)，要求扫描宽度为32英寸，当然也可以采用其它波长的激光光束，图3为本实用新型采用的F-θ扫描镜70结构图，内部各单元参数见下面表1，半径及厚度的单位mm。
表1F-θ扫描镜光学单元参数表
图5为以波长532nm绿激光束为参考绘制的30度视场的垂轴色差曲线，红和蓝光间的垂轴色差最大约为4.7um，与绿光之间的垂轴色差最大约为77.6um，如果要求300DPI的分辨率，像面光斑尺寸约为85um，显然接近一个光斑的垂轴色差远远不能满足要求。
按32英寸扫描幅宽计算，如采用相差万分之1.909的两个频率分别用来调制红与蓝、绿激光，则垂轴色差可以校正到小于5％，可以很好地完成大幅面扫描时垂轴色差的校正，降低了设计和制造成本，提高了扫描精度。
图6为±30°视场F-θ扫描镜畸变曲线图，扫描线最大扫描宽度为32英寸，由图中可以看出，最大畸变量约为1.77％，且畸变量与扫描位置为非线性关系，最大扫描宽度达到32英寸时，总扫描宽度畸变量约为0.6英寸，显然大大超过了实用的要求。为了解决上述问题，可以通过准确控制扫描线上每个像点的位置，来补偿上述畸变量。由于扫描反射镜是匀速转动的，因此从扫描线起点开始以不同的时间控制激光束的开、关就形成一系列不同位置的像点，组成一条扫描线，时间参数就转换为了空间参数。本实用新型中调制补偿就是根据畸变曲线对扫描线上的每一个位置点准确地控制激光束的开关时间，来补偿由于扫描畸变而引起的位置和曝光量的变化，形成均匀而线性的扫描。
图7描述的波形就是为了控制激光束的调制信号，其中T_on是开激光时间，也可称为曝光时间；T_pix是像素点时间，也就是每个像素点的空间位置参数；E1、E2、E3指的是根据图像信息光束的曝光强度。像素点的空间位置就转换为扫描时间，用一个很小的固定时间片，可称之为基本时钟CLK，以CLK为基本单位把T_on和T_pix量化为数字量DTon和DTpix，如图8所示，因此用数字电路控制每个像点的DTon和DTpix值，就可以对每个像点的曝光量和空间位置点进行控制，达到曝光量及畸变的校正补偿。
图2是本实用新型为实现上述目的而设计的扫描补偿线路原理框图，每一个扫描点的曝光时间量DTon和像素点时间量DTpix，预先根据所需要的曝光量和非线性畸变产生的校正量计算后，存贮在只读存贮器ROM中，像素点地址计数器T3，对应像素点理想无畸变时空间线性扫描，T3由行扫描线起始信号SOS触发，对基本时钟CLK计数，生成行扫描线上每个像素点空间位置的地址信号ADDR，而只读存贮器ROM根据该地址信号值实时输出对应地址每一个像素点实际曝光需要的DTon和DTpix值，曝光时间计数器T1和像素点时间计数器T2分别根据DTon和DTpix值，对时基时钟CLK计数，生成置位开启触发信号P1和复位关闭触发信号P2，对应激光光束的开、关信号，曝光调制时钟形成线路CG接受图像信号DIM对激光光束强度调制，由触发信号P1和P2控制，生成如图7所示控制激光光束强度的声光调制器调制信号MCLK。
图9为曝光调制时钟CG线路图。图中开启信号P1接到触发器时钟端CP，P1控制把图像信息DIM锁存到触发器中，关闭信号P2接到触发器清零端CLR，把触发器中的数据清零，关闭激光光束，数模D/A转换器把触发器的数字信号转换为图7所示的模拟AO调制信号MCLK。由MCLK去控制声光调制器或其他控制器，去控制光束的开、关和曝光强度，最终实现根据图像信息对激光光束的调制。
因此，按以上方法就实现了垂轴色差和非线性畸变的校正，其中另外重要的一点就是，对类似本实用新型采用的F-θ扫描镜70的非线性畸变如图5所示，如何计算存放到图6中的ROM数据，以校正非线性畸变，下面给予说明。
图10是根据图6绘出的整个视场畸变曲线，由曲线可以计算出全视场对应每个理想无畸变扫描点位置的畸变量，理想无畸变扫描点位置减去对应的畸变量，就是实际每个扫描点实际畸变校正后的位置。
下例中计算得到DT就是应该存放到参数ROM中的数据数组。
假设，扫描幅宽L＝32.17inch分辨率300DPI行像素点数Dsum＝9650扫描速度Vs＝215mm/ms时基时钟周期Tc＝15ns则，理想扫描点距由图10可以计算出每个点的畸变量ΔDi(i＝1，2，3…Dsum)因此，实际每个扫描点距Dpix-|ΔDi-ΔDi-1)|用Tc量化为DTi=Dpix-|ΔDi-ΔDi-1|Vs×Tc,]]>其中i＝1，2，3…Dsum计算出DT后，就可以按照本实用新型来实现畸变的校正，既简化了扫描镜头的设计，又彻底解决了尤其是大幅面扫描时的非线性畸变，扫描精度有了显著的提高。
综上所述，本实用新型能提高扫描精度，优化扫描镜的结构，经济实惠，便于推广。
权利要求1.一种电子补偿式扫描装置，包括红、绿、蓝三个信号调制链路、旋转反射镜以及扫描镜，所述信号调制链路包括激光器、扩束调焦镜组、光束合成镜和电性连接的声光调制驱动器、声光调制器，激光器置于声光调制器之前并向其发射光束，扩束调焦镜组则置于声光调制器之后接受其出射的光束，光束合成镜则置于扩束调焦镜组之后，供三色激光束合成并入射至旋转反射镜，所述扫描镜接收旋转反射镜出射的激光束完成光束扫描，其特征在于所述各信号调制链路还包括调制补偿装置，其与声光调制驱动器电性连接，图像信号自所述调制补偿装置输入。
2.根据权利要求1所述的电子补偿式扫描装置，其特征在于所述调制补偿电路包括存储器和与所述存储器电性连接的曝光时间计数器、像素点时间计数器、像素点地址计数器以及分别与曝光时间计数器、像素点时间计数器电性连接的曝光调制时钟形成电路，所述曝光时间计数器、像素点时间计数器、像素点地址计数器还分别与时基时钟振荡器电性连接。
3.根据权利要求1或2所述的电子补偿式扫描装置，其特征在于所述扫描镜包括三个光学镜片依次排列在同一轴线上。
专利摘要本实用新型涉及一种电子补偿式扫描装置，包括红、绿、蓝三个信号调制链路、旋转反射镜以及扫描镜，所述信号调制链路包括激光器、扩束调焦镜组、光束合成镜和电性连接的声光调制驱动器、声光调制器，激光器置于声光调制器之前并向其发射光束，扩束调焦镜组则置于声光调制器之后接受其出射的光束，光束合成镜则置于扩束调焦镜组之后，供三色激光束合成并入射至旋转反射镜，反射后的光束入射到扫描镜，完成光束的扫描。此外，所述各信号调制链路还包括调制补偿装置，其与声光调制驱动器电性连接，图像信号自所述调制补偿装置输入。本实用新型简化了扫描镜的设计，降低了设计难度和制造成本，尤其在要求大幅面扫描时，有效地提高了扫描精度。
文档编号G03G15/04GK2890971SQ20052012042
公开日2007年4月18日 申请日期2005年12月14日 优先权日2005年12月14日
发明者刘志合 申请人:刘志合