专利名称：使用光调制器的扫描设备的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及一种其使用光调制器的扫描器，尤其是涉及这样一种其使用光调制器的扫描设备，该扫描设备可使由于激励单元(actuating cell)为响应驱动能量而闭合/断开所形成的多个衍射光束水平的入射在光敏元件上，由此可执行高速扫描。
此外，本发明涉及这样一种其使用光调制器的扫描设备，该扫描设备根据在下述激励单元之间所形成的阶跃高度的程度而以模拟方式来对调节衍射光束强度执行正确的灰度级控制，所述激励单元随外部所施加的驱动能量的强度而变。
背景技术：
打印机技术已经朝着高速度、小型化、高质量、并且低成本的方向发展。典型的打印机采用其使用激光二极管(LD)以及f-θ透镜的扫描激光束的激光扫描模式。为了实现高速度的打印机，可使用其利用多束型光束产生设备的图像头模式。在这种模式中，可以实现高速度的且高质量的特征，但是由于使用多个光源而使成本增加了。
图1给出了其使用传统的激光扫描模式的一示例，该传统的激光扫描模式使用单光源以及f-θ透镜。如图1所示，下面对该示例的激光扫描模式的操作进行描述。如果激光二极管(LD)10产生了一光束以响应视频信号并且该光束穿过准直透镜20，那么该光束变为准直光。柱面透镜30可将准直光变为与扫描方向相平行的线光，并且该线光入射到光学多面体40上。
如上所述，如果与扫描方向相平行的线光通过柱面透镜30而被传送，那么其绕着电机而旋转的光学多面体40在f-θ透镜50的方向上对入射线光进行扫描。
此后，光学多面体40以恒定角速度所扫描的线光通过f-θ透镜50而偏离扫描方向、对偏离线光的象差进行校正、并且在光敏鼓60的扫描面上匀速的对所校正的光进行扫描。
在激光扫描模式中，由于与激光二极管10的低转换速度以及光学多面体40的扫描速率有关的问题而很难获得很高的打印速度。
也就是说，为了提高光束的扫描速度，必须使用更高速度的电机而使光学多面体40旋转。然而，更高速度的电机是很昂贵的，并且电机高速旋转会引起发热、振动、以及噪音以导致诸如降低了操作可靠性这样的问题，因此不能寄希望于极大的提高扫描速度。
在其可提高光扫描设备的速度的另一个方法中，存在其使用多束型光束产生设备的一图像头打印模式。
也就是说，如图2所示，在图像头70中构造其数目足以装入一打印纸的多个发光二极管(LED)阵列80以形成多个光束，以便无需利用光学多面体以及f-θ透镜即可同时打印一行，这与激光扫描模式不同，因此可显著的提高打印速度。
然而，如果使用多个LED来构造LED阵列80，那么成本增加了，并且降低了该阵列中LED之间的光均匀度，因此很难获得均匀的图像。
发明内容
因此，针对现有技术所存在的问题而提出了本发明，并且本发明的一个目的在于提供这样一种其使用光调制器的扫描设备，该扫描设备可使由于激励单元为响应驱动能量而闭合/断开所形成的多个衍射光束水平的入射到光敏元件上，由此可执行高速扫描。
本发明的另一个目的就是提供这样一种其使用光调制器的扫描设备，该扫描设备根据在下述激励单元之间所形成的阶跃高度的程度而以模拟方式来对调节衍射光束强度执行正确的灰度级控制，所述激励单元随外部所施加的驱动能量的强度而变。
为了实现上述目的，本发明提供了一种其使用光调制器的扫描设备，该扫描设备包括第一透镜单元，该第一透镜单元用于将光源所发射出的单光束转换成准直光并且发射出该准直光；光调制装置，该光调制装置包括多个其通过驱动能量而闭合/断开的激励单元，该光调制装置对单光束进行衍射并且对其进行调制以通过激励单元的闭合/断开操作而形成了多个衍射光束；过滤装置，该过滤装置可有选择的使光调制装置所形成的多个衍射光束当中的其具有至少一个预定衍射系数的衍射光束通过该过滤装置；以及第二透镜单元，该第二透镜单元使其穿过过滤装置的多个衍射光束聚焦在光敏元件上，其中该光调制装置位于与光敏元件相同的水平面上以同时且水平的对光敏元件上的多个衍射光束进行扫描。
优选地，扫描设备包括光束分离器，该光束分离器用于在光调制装置的方向上对通过第一透镜单元所入射的单光束进行传送并且在光敏元件的方向上对光调制装置所形成的多个衍射光束进行传送。
结合附图，从以下详细说明中可更显而易见的得出本发明的上述及其他目的、特征、以及其他优点，在附图中图1给出了其使用单光源以及f-θ透镜的传统激光扫描模式的视图；图2给出了其使用由在图像头中所构造的LED阵列所形成的多个光束来执行激光扫描的传统激光扫描模式的视图；图3给出了根据本发明第一实施例的其使用光调制器来执行高速扫描的扫描设备的视图；图4给出了根据本发明第二实施例的其使用光调制器来执行高速扫描的扫描设备的视图；图5给出了根据本发明第三实施例的其使用光调制器来执行高速扫描的扫描设备的视图；图6给出了根据本发明第四实施例的其使用光调制器来执行高速扫描的扫描设备的视图；图7a和7b给出了根据本发明的其包括多个激励单元的光调制装置的结构剖面图；图8a与8b分别给出了根据本发明的其构成了光调制装置的激励单元的一维阵列和二维阵列的视图；图9a和9b给出了根据本发明的光调制装置为响应没有施加驱动能量这样一种状态而进行操作的操作视图；以及图10a和10b给出了根据本发明的光调制装置为响应施加了驱动能量这样一种状态而进行操作的操作视图。
具体实施例方式
在下文中，参考附图对根据本发明实施例的其使用光调制器的扫描设备的结构进行详细的描述。
参考图3至6，对根据本发明的其使用光调制器的扫描设备的结构进行详细的描述。
本发明的其使用光调制器的扫描设备在光敏元件上对光调制器所形成的多个衍射光束进行水平扫描，所述光调制器包括多个其通过驱动能量而闭合/断开的激励单元，因此可执行高速扫描。如图3和4所示，该扫描设备包括光源100、第一透镜单元200、光调制装置300、过滤装置400、以及第二透镜单元500。
如图5和6所示，根据本发明的其使用光调制器的扫描设备此外包括光束分离器600，该光束分离器600将通过第一透镜单元200所入射的准直光型单光束传送到光调制装置300上并且在光敏元件700的方向上对光调制装置300所形成的多个衍射光束进行传送。
图3和5给出了其使用下述光调制装置300的在光敏元件700上执行一维水平扫描的扫描设备的结构，所述光调制装置300包括其排列成一维的激励单元310。
此外，图4和6给出了其使用下述光调制装置300的在光敏元件700上执行二维水平扫描的扫描设备的结构，所述光调制装置300包括其排列成二维的激励单元310。
光源100包括由其具有预定波长的激光二极管所实现的单发光源。第一透镜单元200将光源100所发射出的光转换成与光路方向相平行的线光，这将在后面进行描述。平行线光入射到其与光路方向相平行的光调制装置300上。
第一透镜单元200将光源100所发射出的单光束转换成其与光路方向相平行的线光并且使线光聚焦在光调制装置300上，并且第一透镜单元200包括一准直透镜210和一柱面透镜220。
准直透镜210将从光源100所入射的球形光转换成准直光，并且使准直光入射到柱面透镜220上。
为了使从准直透镜210所入射的准直光水平地入射到与其光路方向相平行的光调制装置300上。柱面透镜220将准直光转换成平行线光。
光调制装置300通过对从第一透镜单元200所入射的线光型单光束进行衍射而形成了多个衍射光束，并且同时且水平地在光敏元件700上对衍射光束进行扫描。如图7a和7b所示，光调制装置300包括其通过驱动能量而闭合/断开的多个激励单元310以对所入射的线光进行衍射并且对其进行调制。
在这种情况下，如图7a所示，其构成了应用于本发明的光调制装置300的每个激励单元310包括其顺序的形成于基座衬底311上的下电极层312、压电/电致伸缩层(electrostrictive layer)313、以及上电极层314，并且激励单元310附着于基座衬底311上。
此外，如图7b所示，其构成了应用于本发明的光调制装置300的每个驱动单元310包括其顺序的形成于基座衬底311上的下电极层312、压电/电致伸缩层313、以及上电极层314，并且该激励单元310与基座衬底311间隔相同的距离。
在这种情况下，形成于基座衬底311上的下电极层312接收来自外部电源的驱动能量并且将驱动能量提供给压电/电致伸缩层313，该下电极层312是通过其利用诸如Pt、Ta/Pt、Ti/Pt、I2O2、Ni、Au、Al、或RuO2这样的电极材料的喷镀或蒸发法而形成的。
将压电/电致伸缩层313插入到下电极层312与上电极层314之间，随后将对其进行描述。此外，使压电/电致伸缩层313收缩或扩张以响应通过下电极层以及上电极层312和314所施加的其垂直或者水平变化的驱动能量，因此可使每个激励单元310变化。具体的说，压电/电致伸缩层313是由诸如PZT、PLZT、AIN、PNN-PT、ZnO、Pb、Zr、或钛这样的压电材料制成的。
在这种情况下，通过在压电材料上实施湿式法(丝网印刷以及溶胶-凝胶涂层等等)或干式法(喷镀、蒸发、汽相淀积、化学蒸汽淀积(CVD)等等)而在下电极层312上形成了其厚度范围为0.01至20.0μm的压电/电致伸缩层313。
上电极层314将外部所提供的驱动能量提供给压电/电致伸缩层313以及下电极层312，并且该上电极层314是通过对诸如Pt、Ti/Pt、Ta/Pt、Ni、Au、Al、或RuO2这样的电极材料实施喷镀或蒸发处理而形成于压电/电致伸缩层313上。
在这种情况下，如图8a所示，应用于本发明的光调制装置300包括其排列成一维的多个激励单元310，以便其可对光敏元件700上的多个衍射光束进行一维水平扫描，因此可同时执行一维扫描。
此外，如图8b所示，光调制装置300包括其排列成二维的多个激励单元310，以便其可对光敏面上的多个衍射光束进行二维扫描，因此可同时执行二维扫描。
在下文中，参考图9和图10对应用于本发明的光调制装置的操作进行描述。
在光调制装置300中，由于外部所施加的驱动能量而在相邻激励单元310之间形成了阶跃高度，并且由于该阶跃高度而使通过第一透镜单元200所入射的单光束衍射以形成衍射光束。光调制装置300用作一反射镜以根据外部所施加的驱动能量的存在性来使入射光反射，或者该光调制装置300用作一可变衍射栅以产生其具有0阶、+1阶、以及-1阶的衍射系数。
如图9a和9b所示，在外部没有施加驱动能量的情况下，如果准直光型单光束通过第一透镜单元200而入射，那么其构成了光调制装置300的激励单元310没有产生衍射，因为在激励单元310之间没有形成阶跃高度，因此单光束被反射在其与入射方向相同的方向上并且此后形成了0阶衍射光束。
然而，如图10a和10b所示，在施加了驱动能量的情况下，如果准直光型单光束通过第一透镜单元200而入射，那么在其构成了光调制装置300的激励单元310之间形成了阶跃高度，并且根据该阶跃高度来衍射单光束，因此产生了其具有0阶、+1阶、以及-1阶衍射系数的衍射光束。
在这种情况下，其构成了光调制装置300的激励单元310之间的梯段高度是通过第一透镜单元200所入射的准直光型单光束的波长的1/4。
此外，由外部电源所施加的驱动能量的强度来控制在其构成了光调制装置300的激励单元310之间所形成的阶跃高度的程度，因此可控制打印强度。
也就是说，如果外部所施加的驱动能量是高电压，那么由于压电现象而使其形成了图10a所示每个厚膜形激励单元310的压电/电致伸缩层313向上或者向下极大的扩张，因此可提高在打印纸上所打印字符的打印强度。
然而，如果外部所施加的驱动能量是一低电压，那么由于压电现象而使其形成了图10a所示每个厚膜形激励单元310的压电/电致伸缩层313向上或者向下略略扩张，因此可降低在打印纸上所打印字符的打印强度。
在这种情况下，由于压电现象而使其形成了图10b所示每个厚膜形激励单元310的压电/电致伸缩层313向上或者向下移动，因此可对在打印纸上所打印字符的打印强度进行控制。
因此，本发明的扫描设备通过对其构成了光调制装置300的激励单元310上所施加的驱动电压进行细微调节来控制激励单元310之间的阶跃高度，因此可以模拟的方式来对调节其具有0阶及+1阶衍射系数的衍射光束强度执行真灰度级控制(true grayscale control)。
缝隙400接收来自光调制装置300的其具有0阶、+1阶、以及-1阶衍射系数的衍射光束，并且可根据预置的过滤条件而选择性的只是其具有预定衍射系数的衍射光束通过其中并且将其传送到第二透镜单元500。
其具体就是聚光透镜的第二透镜单元500通过使其通过狭缝400所入射的具有预定衍射系数的衍射光束聚焦在光敏元件700的光敏面上而形成了斑点。
在下文中，参考图3至图6，对根据本发明的其使用光调制器的扫描设备的操作进行详细的描述。
首先，光源100所发出的单球形光束入射到第一透镜单元200上，该第一透镜单元200包括有形成于光轴上的准直透镜210以及柱面透镜220。
准直透镜210将入射到第一透镜单元200上的单球形光束转换为准直光型单光束，并且该准直光型单光束入射到柱面透镜220上。
此时，为了使准直光型单光束水平的入射到其与光敏元件700位于相同水平面的光调制装置300上，柱面透镜220将从准直透镜210所入射的准直光转换成平行线光，并且使平行线光聚焦在光调制装置300上。
如上所述，如果第一透镜单元200将其转换为平行线光的单光束被聚焦，那么光调制装置300根据所施加驱动能量的存在性而在激励单元310之间形成了阶跃高度，因此可形成多个其具有0阶、+1阶、以及-1阶衍射系数的衍射光束。
也就是说，如果没有施加外部驱动能量，那么在其构成了光调制装置300的激励单元310之间没有形成阶跃高度并且在光敏元件700的方向上发射出其具有0阶衍射系数的衍射光束，该衍射光束是通过对以准直光形式所入射的单光束执行0阶衍射而形成的。
此外，如果施加了外部驱动能量，那么在其构成了光调制装置300的激励单元310之间形成阶跃高度并且在光敏元件700的方向上发射出其具有+1阶或-1阶衍射系数的衍射光束，该衍射光束是通过对以准直光形式所入射的单光束执行衍射而形成的。
此时，如图8a和8b所示，因为其构成了光调制装置300的激励单元310排列成一维或二维，因此可形成其具有预定衍射系数的一维或二维衍射光束。
此外，可根据所施加的驱动能量的强度来对在其构成了光调制装置300的激励单元310之间所形成的阶跃高度的程度进行细微的调节，由此可以模拟的方式来对调节其具有0阶、+1阶、以及-1阶衍射系数的衍射光束强度执行正确的灰度级控制。
如上所述，如果光调制装置300所形成的其具有预定衍射系数的衍射光束入射到其就是一过滤装置的狭缝400上，那么狭缝400可根据预定过滤条件而有选择的只是使其具有预定衍射系数的衍射光束通过，并且过滤出具有其他衍射系数的衍射光束。
也就是说，如果预先设置了过滤条件以便只是有选择的使从光调制装置300所入射的衍射光束当中其具有0阶衍射系数的衍射光束穿过狭缝400，那么该过滤装置400有选择的只是使从光调制装置300所入射的衍射光束当中其具有0阶衍射系数的衍射光束通过，如图9a和9b所示。因此，本发明的扫描设备处于ON状态，在该状态下在光敏元件700的光敏面上形成了斑点。
然而，如图10a和10b所示，如果从光调制装置300所入射的衍射光束具有+1阶或-1阶衍射系数，那么过滤装置300过滤出其具有+1阶-1阶衍射系数的衍射光束，因此本发明的扫描设备处于OFF状态，在该状态下在光敏元件700的光敏面上没有形成斑点。
此时，如果预先设置了过滤装置400的过滤条件以便只是有选择的使其具有±1阶衍射系数的衍射光束穿过狭缝400，那么本发明的扫描设备过滤出其具有0阶衍射系数的衍射光束并且其处于OFF状态，同时本发明的扫描设备有选择的使其具有±1阶衍射系数的衍射光束穿过并且其处于ON状态。
如上所述，如果有选择的穿过过滤装置400的衍射光束入射到第二透镜单元500上，那么第二透镜单元500在光敏元件700上对所入射的衍射光束进行水平的一维或二维扫描，由此可沿着一行或多行而同时在光敏元件700上对衍射光束进行扫描。
如上所述，本发明提供了一种其使用光调制器的扫描设备，该扫描设备的优点在于其可使由于激励单元为响应驱动能量而闭合/断开所形成的多个衍射光束水平入射到光敏元件上，以便执行一维或二维高速扫描，由此无需光学多面体以及f-θ透镜即可确保更可靠的高速扫描。
此外，本发明的优点在于通过对施加到其构成了光调制器的激励单元上的驱动电压进行调节而可对在相邻激励单元之间所形成的阶跃高度的程度进行细微的调节，由此可以模拟的方式来对调节其具有预定衍射系数的衍射光束强度执行正确的灰度级控制。
此外，本发明的优点在于可以模拟的方式来对调节其具有预定衍射系数的衍射光束强度执行正确的灰度级控制，由此可提高衍射光束之间的光均匀性并且可提高光敏面上的图像均匀性。
尽管为了说明性的目的而已公开了本发明的优选实施例，但是对于本领域普通技术人员来说在不脱离由随后权利要求所公开的本发明的范围及精神的情况下可对其做出各种修改、添加、以及替代。
权利要求
1.一种其使用光调制器的扫描设备，该扫描设备包括第一透镜单元，该第一透镜单元用于将光源所发射出的单光束转换成准直光并且发射出准直光；光调制装置，该光调制装置包括多个通过驱动能量而闭合/断开的激励单元，该光调制装置对单光束进行衍射并且进行调制以通过激励单元的闭合/断开操作而形成了多个衍射光束；过滤装置，该过滤装置可有选择的使光调制装置所形成的多个衍射光束当中具有至少一个预定衍射系数的衍射光束通过该过滤装置；以及第二透镜单元，该第二透镜单元使穿过过滤装置的多个衍射光束聚焦在一光敏元件上，其中该光调制装置位于与光敏元件相同的水平面上以同时且水平的对光敏元件上的多个衍射光束进行扫描。
2.根据权利要求1的扫描设备，进一步包括光束分离器，该光束分离器用于在光调制装置的方向上对通过第一透镜单元所入射的单光束进行传送并且在光敏元件的方向上对光调制装置所形成的多个衍射光束进行传送。
3.根据权利要求1的扫描设备，其中第一透镜单元包括准直透镜，该准直透镜将从光源所入射的单球形光束转换成单准直光束；以及柱面透镜，该柱面透镜将从准直透镜所入射的单准直光束转换成平行线光以便可使单准直光束水平入射到光调制装置上。
4.根据权利要求1的扫描设备，其中光调制装置实现为以便通过驱动能量而闭合/断开的激励单元排列成一维。
5.根据权利要求1的扫描设备，其中光调制装置实现为以便通过驱动能量而闭合/断开的激励单元排列成二维。
6.根据权利要求4或5的扫描设备，其中光调制装置用作反射镜以当没有将驱动能量施加到激励单元上时使从第一透镜单元所入射的单光束反射。
7.根据权利要求4或5的扫描设备，其中该光调制装置用作可变衍射栅，以当将驱动能量施加到激励单元上时通过激励单元之间的闭合/断开操作而使单光束衍射。
8.根据权利要求4或5的扫描设备，其中每个激励单元包括下电极，该下电极形成于基座衬底上，在该下电极上形成有凹陷处以提供中心部的空隙，并且该下电极具有驱动电压；压电/电致伸缩层，该压电/电致伸缩层通过使预定压电/电致伸缩材料蒸发并且对其进行溅射而形成于下电极上，并且下电极所施加的驱动电压垂直的驱动该压电/电致伸缩层；以及上电极，当将外部所提供的驱动能量施加到压电/电致伸缩层以作为驱动电压时，该上电极通过蒸发以及溅射而形成于压电/电致伸缩层上以使所入射的单光束反射及衍射。
9.根据权利要求1的扫描设备，其中光调制装置通过根据驱动能量的强度来对激励单元之间的阶跃高度的程度进行调节而执行对衍射光束的真灰度级控制。
10.根据权利要求1的扫描设备，其中过滤装置是狭缝，以有选择的使从光调制装置所入射的衍射光束当中具有预定衍射系数的衍射光束穿过。
11.根据权利要求1的扫描设备，其中第二透镜单元是聚光透镜，以有选择的使从过滤装置所入射的衍射光束聚焦在光敏元件上。
全文摘要
本发明涉及一种其使用光调制器的扫描设备。该扫描设备同时且水平的对光敏元件上的其是由于激励单元为响应外部所施加的驱动能量而闭合/断开所形成的多个衍射光束进行扫描。该扫描设备包括第一透镜单元，该第一透镜单元用于将光源所发射出的单光束转换成准直光并且发射出该准直光；光调制装置，该光调制装置包括多个其通过驱动能量而闭合/断开的激励单元，该光调制装置对单光束进行衍射并且进行调制以通过激励单元的闭合/断开操作而形成了多个衍射光束；过滤装置，该过滤装置可有选择的使光调制装置所形成的多个衍射光束当中其具有至少一个预定衍射系数的衍射光束通过该过滤装置；以及第二透镜单元，该第二透镜单元使其穿过过滤装置的多个衍射光束聚焦在光敏元件上。
文档编号G02B26/10GK1614986SQ20041008973
公开日2005年5月11日 申请日期2004年11月3日 优先权日2003年11月3日
发明者尹相璟, 申东浩 申请人:三星电机株式会社