[发明专利]利用光栅多边形在成像表面上进行2D直线扫描

说明书

技术领域

本发明的实施例大体涉及基于激光的图像产生系统，尤其涉及使用光栅多边形(raster polygon)在成像表面上进行2D直线扫描的系统以及形成该2D直线扫描的方法。

背景技术

在基于激光的图像产生系统中，旋转多边形反射镜通常被用来将一个或多个激光束扫描经过图像产生表面，诸如激光光学复印机的光敏鼓或者激光荧光显示器的荧光屏。旋转多边形反射镜是具有多个反射表面的多面光学元件。入射到一个反射表面上的激光束被导向图像产生表面，并且随着多边形旋转，入射激光束扫描经过图像产生表面，从而在图像产生表面上产生图像的一根线。

在一些装置中，专用的旋转多边形反射镜(已知为光栅多边形反射镜)被用来在图像产生表面上产生激光的2维扫描。在光栅多边形反射镜中，每个反射表面被倾斜到不同角度。与旋转多边形反射镜一样，当光栅多边形反射镜旋转时，入射到光栅多边形上的反射表面的激光束扫描经过图像产生表面，以在图像产生表面上产生图像的线。然而，随着每个连续的反射表面旋转通过入射激光束，光束被引导到图像产生表面上的不同位置并扫描经过不同位置，从而在图像产生表面上执行2维扫描。因此，光栅多边形反射镜允许使用单个移动组件将激光器在2维表面上进行扫描，从而有助于高速激光成像技术。

使用用于在图像产生表面上扫描激光的光栅多边形反射镜的缺陷是被如此导向的激光在图像产生表面上不遵循直线。相反，激光的扫描线具有相当大的曲率，这将会使得图像处理和时机变得复杂。此外，光栅多边形反射镜的不同倾斜的反射面产生相应的不同曲率，从而在产生于图像产生表面上的图像中产生可察觉到并且不令人期望的失真，如图1所示。图1示出了由现有技术的激光扫描系统在成像表面99上产生的弯曲的激光扫描线101-109，该激光扫描系统使用被导向光栅多边形反射镜的单个激光束。如图所示，激光扫描线101-109是弧线，而非直的平行线。因为每根激光扫描线101-109由旋转经过入射激光束的光栅多边形反射镜的不同反射面产生，并且因为每个反射面产生不同程度的失真，所以每根激光扫描线101-109是具有不同曲率的弧线。这种失真主要由不同反射面的不对称旋转特性以及由将激光聚焦在成像表面上的扫描成像光学系统的失真来引起。激光扫描线101-109的这种失真基本对于观察者可见并且可以导致劣化的观看效果。

如前所示，在现有技术中需要这样的激光扫描系统：其使用光栅扫描多边形反射镜来在图像产生表面上产生直且平行的激光扫描线。

发明内容

本发明的一个实施例提供了一种2D扫描系统，其使用光栅多边形和特别设计的扫描光学系统来在成像表面上产生直的扫描线。入射光束相对于光栅扫描多边形反射镜的接近角(approach angle)被选择为使成像表面上的扫描线的枕形失真(pin-cushion distortion)最小化，并且光栅扫描多边形的旋转轴的倾斜角被选择为使该失真在成像表面上对称地定位。此外，扫描和成像透镜被构造为在成像表面上产生扫描线的桶形失真(barrel distortion)，以补偿枕形失真。

本发明的一个优点是可以使用单个高速旋转元件来在成像表面上实现具有直且平行的扫描线的光的超快二维扫描。

附图说明

通过参照实施例，可以更详细地理解本发明的上述特征，这些实施例中的一些在附图中示出。然而，应当理解，附图仅示出了本发明的实施例，并且因此不应认为是对本发明的限制，因为本发明可以允许其他的等效实施例。

图1示出了由现有技术的激光扫描系统在成像表面上产生的弯曲的激光扫描线，该激光扫描系统使用被导向光栅多边形反射镜的单个激光束；

图2是根据本发明的实施例构造的成像系统的示意构造；

图3示出了由根据本发明的实施例的光栅多边形建模系统产生的对称弯曲扫描线，该系统具有优化角度组和不存在失真的理想扫描透镜，该优化透镜组具有接近角和多边形旋转轴倾斜角；

图4示出了根据本发明的实施例，在扫描和成像透镜被构造为补偿枕形失真时在成像表面上的激光扫描线；

图5示意性地示出了根据本发明的实施例，被构造为具有补偿透镜失真功能的扫描光学系统的一个实施例；

图6示出了由扫描和成像透镜的实施例产生的桶形失真图案，该扫描和成像透镜仅包括对图3中示出的扫描多边形引起的失真进行补偿的球面透镜；

图7示意性地示出了根据本发明的实施例，在成像表面上的两组直扫描线；