用樹脂模製的掃描透鏡以及定位掃描透鏡的方法
2023-08-10 07:28:36 3
專利名稱：用樹脂模製的掃描透鏡以及定位掃描透鏡的方法
技術領域：
本發明涉及一種用樹脂模製的掃描透鏡以及定位該掃描透鏡的方法。特別是，本發明涉及一種易於定位的用樹脂模製的掃描透鏡。本發明還涉及一種簡易定位掃描透鏡的方法。
背景技術：
圖12為一種已知光掃描裝置100的平面示意圖，該掃描裝置例如電子複印機，雷射束印表機或者雷射傳真機。
如圖12所示，光掃描裝置100具有光源單元110，旋轉多稜鏡114，和掃描透鏡116。
光源單元100具有光源111，例如半導體雷射器，和準直透鏡112。旋轉多稜鏡114掃描由光源單元110發出的雷射束L1。當排列在光學盒118外部(在雷射束L1終點處)的旋轉鼓以自身的軸旋轉時，掃描透鏡116聚焦雷射束L1以在旋轉鼓(未示出)上的感光體(未示出)上形成圖像。然後，當多稜鏡114和旋轉鼓旋轉時，靜電潛象形成在旋轉鼓表面上。掃描透鏡116被稱作f-θ(f-theta)透鏡，用來矯正形成在旋轉鼓上的感光體上的圖像變形。掃描透鏡116是一種軸向不對稱非球面透鏡，用塑性樹脂整體模製製成，例如化學名稱為聚甲基丙烯酸甲酯(也就是已知的腈綸)的PMMA。正如本領域技術人員所認識到的，掃描透鏡116必須被精確地定位以作為f-θ(f-theta)透鏡。
圖13和14示出了傳統掃描透鏡116的結構。
當相對光學盒118定位掃描透鏡116時，掃描透鏡116必須在至少三個方向上被合適地定位(1)主掃描方向X(圖13)，其與雷射束L1的掃描方向一致，(2)光軸方向Z(圖14)，其與掃描透鏡116的光軸方向一致，以及(3)副掃描方向Y(圖13)，其與主掃描方向X和光軸方向Z正交。
為了在這三個方向上定位掃描透鏡116，掃描透鏡116具有與光軸方向Z垂直的平面116A和沿副掃描方向Y延伸、並布置在主掃描方向X中心處的突出部分116B。
如圖15所示，當定位掃描透鏡116時，掃描透鏡116的端面116C定位成與光學盒118的底表面接觸。這樣使得掃描透鏡116在副掃描方向Y上被定位。為了在光軸方向Z上定位掃描透鏡116，平面116A被定位成與固定在光學盒118底表面上的定位凸緣120(見圖12)的表面接觸。最終，凸出部分116B被裝入形成在光學盒118底表面上的刻痕(未示出)中。這樣將掃描透鏡116在主掃描方向X上定位。
定位後，掃描透鏡116用例如使用粘合劑或彈簧的常規方式固定在光學盒118的底壁上。
為了在感光體上形成優質圖像，將掃描透鏡116在相對旋轉多稜鏡114掃描的雷射束L1的主掃描方向X，副掃描方向Y和光軸方向Z上定位是重要的。
然而，對於本領域的技術人員來說，掃描透鏡116的形狀可能有一個或多個誤差(形狀誤差)，這些誤差是在模製掃描透鏡116的過程中產生。具體地，如圖16所示，由於塑型腔中的樹脂壓力分布和腔內溫度的不均勻，製成的端面116C與主掃描方向X不平行。這些不均勻導致樹脂以不均勻的方式收縮。這樣，當端面116C定位在光學盒118底表面上時，掃描透鏡116將與主掃描方向X不平行。結果，形成在旋轉鼓上的圖像可能變形。
發明內容
根據本發明，掃描透鏡用樹脂模製而成。掃描透鏡具有一透鏡部分用來折射在相對該透鏡部分的第一方向上掃描的光束。透鏡部分具有垂直於第一方向的光軸。它還包含定位在透鏡部分第一方向上的第一端部。第一端部表面在垂直於第二方向的方向上具有高度差，第二方向正交於光軸方向和第一方向。該高度差用來在第二方向上定位掃描透鏡。
根據本發明另外一個方面，提供一種定位掃描透鏡的方法。該方法包含，將形成有高度差的第一端面表面與固定在光學盒上的元件表面接觸，光學盒用來安裝掃描器件掃描光束。這樣來在第二方向上定位掃描透鏡。
附圖用來說明發明具體實施例，但不能構成對發明的限制。本領域的技術人員可以意識到與附圖一致的其它實施例，也被認為落入本發明的範圍內，如這裡附加的權利要求所述。在附圖中，相同元件採用相同的標記，如下圖1為根據本發明至少一個實施例的光掃描裝置的截面示意圖；圖2為圖1所示光掃描裝置中掃描透鏡的一個實施例平面圖；圖3為圖2所示掃描透鏡的正視圖；圖4示出了圖2所示掃描透鏡的一個變形例，其中的掃描透鏡具有第一類型刻痕；圖5示出了圖2所示掃描透鏡的另一個變形例，其中的掃描透鏡具有第二類型刻痕；圖6示出了圖2所示掃描透鏡的另一個變形例，其中的掃描透鏡具有第一類型突出部分；圖7示出了圖2所示掃描透鏡的另一個變形例，其中的掃描透鏡具有第二類型突出部分；圖8示出了圖2所示掃描透鏡的另一個變形例，其中的掃描透鏡具有臺階；圖9為本發明掃描透鏡第二實施例的平面圖；圖10為圖9所示掃描透鏡的截面圖；圖11為本發明掃描透鏡第三實施例的平面圖；圖12為根據現有技術的光掃描裝置截面示意圖；圖13為已知掃描透鏡的平面圖；圖14為圖13所示已知掃描透鏡的正視圖；圖15為圖13所示定位在光學盒中的已知掃描透鏡截面圖，以及圖16示出了圖13所示已知掃描透鏡的形狀誤差，該形狀誤差在模製過程中形成。
具體實施例方式
在接下來的描述中，將說明本發明的各個實施例。另外，那些實施例的變形也將被說明。然而，本發明並不只局限於這些實施例或者這裡所說的變形。本領域的技術人員可以意識到，其他實施方案和變形都規定為包含在本發明的範圍內，如這裡附加的權利要求所述。
根據本發明掃描透鏡20的第一實施例，將參照圖1至8得到說明。
除了與掃描透鏡相關的結構外，用來安裝掃描透鏡的光掃描裝置可以具有與圖12所示相同的結構。這樣，相關技術描述中涉及的特徵也適用於這裡的說明。
如圖1所示，光掃描裝置10具有光源單元110，旋轉多稜鏡114，和掃描透鏡20。
光源單元110具有光源111，例如半導體雷射器，用來發射雷射束L1，以及柱面透鏡112，用來將雷射束L1在旋轉多稜鏡114的反射面上會聚成線性光束。作為掃描元件，旋轉多稜鏡114通過繞其自身軸旋轉來在主掃描方向X上掃描雷射束L1。
當排列在光學盒118外部(在雷射束L1終點處)的旋轉鼓以自身軸旋轉時，掃描透鏡20將雷射束L1聚焦在旋轉鼓(未示出)上的感光體(未示出)上。然後，當旋轉多稜鏡114和旋轉鼓分別轉動時，靜電潛象被形成在旋轉鼓的表面上。
掃描透鏡20被當作所述f-θ(f-theta)透鏡，以矯正形成在感光體上的圖像變形。掃描透鏡20是一種軸向不對稱的非球面透鏡，用塑性樹脂整體模製形成，例如PMMA。本領域的技術人員可以意識到，其他材料也可以用來製造掃描透鏡20。
旋轉多稜鏡114，掃描透鏡20，以及光源單元110分別被牢固地固定在光學盒118中。
尤其是，優選掃描透鏡20被精確地定位在由多稜鏡114掃描的雷射束L1的光路中。掃描透鏡20的結構將在下面得到說明。
在該實施例中，「主掃描方向」(第一方向)與掃描元件例如多稜鏡114掃描光束的方向一致。在主掃描方向上掃描的光束入射到掃描透鏡20中。掃描透鏡20的「光軸方向」與掃描透鏡20的光軸方向一致。光軸方向垂直於主掃描方向。此外，「副掃描方向」(第二方向)為與主掃描方向和光軸方向正交的方向。
圖2為掃描透鏡20的平面圖，圖3為其正視圖。圖2和3中的主掃描方向用附圖標記X表示。副掃描方向和光軸方向分別用附圖標記Y(圖2)和Z(圖3)表示。另外，掃描透鏡20的主掃描軸(未示出)與主掃描方向X平行。在副掃描方向Y上，掃描透鏡20的主掃描軸穿過掃描透鏡20的中心。光軸(未示出)與光軸方向Z平行。在主掃描方向X和副掃描方向Y上，光軸都穿過掃描透鏡20的中心。
掃描透鏡20具有一對端部，在這裡即第一端部24a和第二端部24b，其布置在掃描透鏡20沿主掃描方向X上的兩端。透鏡部分22定位在端部24a和24b之間。透鏡部分22折射在主掃描方向X上沿透鏡部分22表面掃描的雷射束L1。兩個端部24a和24b都具有與光軸方向Z垂直的平面20c。掃描透鏡20還包含具有刻痕20d的部分20a和20b，刻痕在每個平面20c中凹入。這樣，從根據光軸方向Z上的觀察，可以通過在端部24a和24b的部分上檢測到，端部24a和24b具有不同高度。刻痕20d用來在副掃描方向Y上定位掃描透鏡20。
刻痕20d沿副掃描方向Y形成在端部24a和24b的中心處。如圖2所示，刻痕20d沿主掃描方向X延伸，並各自具有沿主掃描方向X平行延伸的兩個壁20e。突出部分23形成在掃描透鏡20的端面20f上。突出部分23沿副掃描方向Y延伸出端面20f。
上述掃描透鏡20由模製過程製造，樹脂沿主掃描方向X流經塑型模。
當掃描透鏡20固定到光學盒118中時，掃描透鏡20必須在主掃描方向X，副掃描方向Y和光軸方向Z上被定位。為了在副掃描方向Y上定位掃描透鏡20，可利用具有壁20e的刻痕20d來替代端面20f(圖2)。這是由於以下原因。
如相關技術(例如，圖16)描述中解釋的，掃描透鏡20包含由模製過程導致的形狀誤差。具體說，由於在主掃描方向X上樹脂收縮度普遍的增加，端面20f沒能形成為與主掃描方向X平行的表面。由於隨著在主掃描軸上距離增加而產生的偏差的增加，位移量(例如，形狀誤差)在端面20f處最大。因此，可以理解在主掃描軸附近的位置具有較小位移。由於形狀誤差，掃描透鏡20可以通過使用壁20e而不是端面20f來在副掃描方向Y上更精確地定位。詳細地，將端部24a和24b的壁20e與定位凸緣30表面接觸，來在副掃描方向Y上定位掃描透鏡20。優選地，在定位掃描透鏡20之前，將定位凸緣30固定在光學盒118底表面上。換句話說，另一個具有與一個或多個壁20e接觸的表面的元件可以用於代替定位凸緣30。
刻痕20d不是必須具有圖2和3中所示的形狀。相反地，刻痕20d可以有任何一種不同方式的變形，只要其還具有足夠的定位功能。圖4是從主掃描方向X看，掃描透鏡20第一變形例的端面側視圖。在該變形例中，刻痕20g替代刻痕20d，形成具有沿主掃描方向X平行延伸的壁的三角形凹槽。在該變形例中，刻痕(例如，三角形凹槽)在端部24a或24b的一個或兩個表面上沿主掃描方向X延伸形成該刻痕。當然，本領域的技術人員可以意識到，該刻痕還可以採用任何截面形狀。例如，刻痕採用半圓形，橢圓形，多角形，或不規則形的截面形狀。
另外，本領域的技術人員可以意識到，刻痕不是必須包含沿主掃描方向X平行延伸的壁。例如，圖5所示掃描透鏡20的部分平面圖。將刻痕20h形成如球形的表面(或部分球形的表面)。為了利用刻痕20h定位掃描透鏡20，定位凸緣30應該具有與球形表面(或部分球形表面)相應形式的突出部分，以裝入(或緊密配合)刻痕20h。其它形式的刻痕20h和相應的定位凸緣30也視作落在本發明範圍內。例如，刻痕20h可以是立方體形、直線形、多角形、球形、圓錐形、金字塔形、橢圓形、無定形等等。本領域的技術人員可以意識到，可能變換的數量是無窮盡的。
更進一步，刻痕可以形成在一個或兩個端部24a或24b的端表面上而不是面向光軸方向Z的表面上。在該變形例中，如果在垂直於副掃描方向Y方向的不同位置(高度)上，也是能夠通過不同位置定位掃描透鏡20的。在這種情況下，沿主掃描方向X延伸的刻痕，沿光軸方向Z延伸的刻痕，或者類似的形成在端部24a或24b的一個或兩個端表面上。
圖6示出了本發明更進一步的變形。該圖示出了掃描透鏡20的端表面沿主掃描方向X方向的側視圖。從端部24a表面突出的突出部分20i被用來定位掃描透鏡20，而不是在掃描透鏡20內設置刻痕。如上所述，突出部分20i的截面形狀可以從各種各樣無窮盡的可能的形狀中挑選。例如，突出部分20i可以具有半球形、橢圓形、長方形、正方形、多角形、三角形、圓錐形、無定形、或類似的截面形狀。此外，突出部分20i的三維形狀可以是半球形，橢圓形，長方形，立方體形，多角形，金字塔形，圓柱形，或類似的形狀。本領域的技術人員可以意識到，可能有無窮盡多可能的不同形狀，只要突出部分20i有助於將掃描透鏡20在副掃描方向Y上定位即可。
如圖7所示，在主掃描方向Z上突出的突出部分20j，可以形成在掃描透鏡20的一個或兩個端面的部分上。換句話說，延伸在主掃描方向X上的刻痕是可行的。本領域的技術人員可以意識到，突出部分20j(或者換句話說是刻痕)的截面形狀可以是上述無窮盡變化中的任一種。
除突出部分23外，還可以在其它不同的方向上形成另外一個突出部分或刻痕來定位掃描透鏡20。例如，在透鏡部分22的副掃描方向設置另外一個端部(第三端部)。第三端部的表面在垂直於主掃描方向X的方向上可以具有不同的高度(例如，不同高程)。
圖8示出了一個實施例，其中在一個或多個端部24a或24b的表面上具有不同高度或高程的臺階。在該實施例中，使用臺階來代替上述的刻痕或突出部分。圖8示出了掃描透鏡20沿主掃描方向X的端面側視圖。通過垂直於光軸方向Z的第一平面201和第二平面20m來形成臺階20k。形成在臺階20k上的平面201和20m之間在光軸方向Z上的高度不同。
下面說明本發明第二實施例。圖9是掃描透鏡40的平面圖。圖10是掃描透鏡40的截面圖。用定位凸緣44a和44b來抵靠掃描透鏡40。
端部42a表面上的刻痕40a形成具有沿主掃描方向X平行延伸的壁的凹槽。端部42b表面上的刻痕40b形成一部分球形表面(例如，小於一個球形)。本領域的技術人員可以意識到，部分球形表面或球形表面的一部分，表示表面小於一個完整的球形。根據該公開的信息，部分球形表面包括半球形表面或半球形表面的任何一部分。
為了定位掃描透鏡40，定位凸緣44b(圖10)形成半球形(形成部分球形)以裝入刻痕40b。另外一個定位凸緣44a形成體長方體以裝入刻痕40a形成的凹槽中。
通過將定位凸緣44a裝入刻痕40a可以實現在副掃描方向Y上定位掃描透鏡40。通過將定位凸緣44b裝入刻痕40b可以實現在主掃描方向X上定位掃描透鏡。因此，具有這樣的結構，就不再需要突出部分23在主掃描方向X上定位掃描透鏡，並且突出部分23可以被完全去掉。
第一實施例中示出的變形也同樣適用於該實施例。例如，當刻痕40a可能具有立體形狀或類似形狀時，刻痕40b可以形成橢圓形或類似形狀的部分表面。
圖11示出了第三實施例掃描透鏡60的平面圖。端部60b具有面向光軸方向Z的表面64b(第一表面)和表面62b(第二表面)。表面62b與表面64b在光軸方向Z上的高度不同。這樣，形成面向主掃描方向X的側壁66b和面向副掃描方向Y的側壁68b。換句話說，表面62b和64b之間的分界面在沿光軸方向Z和主掃描方向X延伸的方向上產生高度差，由此形成L形結構。
當兩個側壁66b和68b與固定在光學盒118底部的定位凸緣或其它元件表面接觸時，掃描透鏡60能夠在主掃描方向X和副掃描方向Y上定位，而不需要具有突出部分23。
結果，實現用更少的時間來定位和固定掃描透鏡60，使得光掃描裝置10更易於裝配並且更便宜。
當用更少的時間定位後，裝配掃描單元的花費也能夠降低。
其它實施例示出的變形也同樣適用於該實施例。
在本發明中，掃描透鏡包括所述預偏轉透鏡或圓柱透鏡，掃描光束入射在其上。更進一步，本發明適用於美國專利申請No.20040130800披露的另一種掃描透鏡，如上所述，其在該申請中作為參考引入。。
根據本發明目的，可以注意到，突出部分和刻痕的幾個實施例用透鏡部分的第一和第二端部分來描述。的突出部分或刻痕對於規定高度差的端部表面具有高度差。高度差有利於掃描透鏡的定位。
根據上述示範的本發明的許多變形是可能的。因此可以理解，在附加的權利要求範圍之內，本發明可以用不同於這裡具體描述的方式實施。當不需要實施方案中的一些元件就可以獲得一定的效果時，該元件可被省略。
權利要求
1.一種用樹脂模製的掃描透鏡，包含透鏡部分，具有光軸，構造成折射在垂直於光軸的第一方向上掃描的光束；第一端部，沿第一方向上設置在透鏡部分的一端；以及一個表面，由第一端部確定，其在第二方向上具有不同的高度，並產生高度差，第二方向正交於第一方向和光軸，該高度差有利於掃描透鏡在第二方向上的定位。
2.根據權利要求1的掃描透鏡，其特徵在於，高度差包含從第一端部表面突起的突出部分。
3.根據權利要求2的掃描透鏡，其特徵在於，突出部分具有部分圓柱形。
4.根據權利要求2的掃描透鏡，其特徵在於，突出部分具有長方體形狀。
5.根據權利要求2的掃描透鏡，其特徵在於，突出部分從第一端部表面沿光軸方向向外突出。
6.根據權利要求2的掃描透鏡，其特徵在於，突出部分在第一方向上沿第一端部表面延伸。
7.根據權利要求1的掃描透鏡，其特徵在於，高度差包含第一端部表面內的刻痕。
8.根據權利要求7的掃描透鏡，其特徵在於，刻痕具有部分球形形狀。
9.根據權利要求7的掃描透鏡，其特徵在於，刻痕沿光軸方向延伸進表面內。
10.根據權利要求7的掃描透鏡，其特徵在於，刻痕沿第一方向延伸。
11.根據權利要求7的掃描透鏡，其特徵在於，刻痕在表面上形成凹槽。
12.根據權利要求7的掃描透鏡，其特徵在於，刻痕在表面上形成沿第一方向延伸的凹槽。
13.根據權利要求1的掃描透鏡，其特徵在於，高度差包含垂直於光軸的第一表面；以及鄰接第一表面設置的垂直於光軸的第二表面，其中高度差通過相互鄰近的第一和第二表面的不同高度確定。
14.根據權利要求13的掃描透鏡，其特徵在於，更進一步包含在第一和第二表面之間沿第一方向延伸的分界面。
15.根據權利要求14的掃描透鏡，其特徵在於，分界面包含平行於在第一和第二表面之間延伸的光軸放置的壁。
16.根據權利要求1的掃描透鏡，其特徵在於，更進一步包含沿第一方向設置在透鏡部分另一端的第二端部；以及由第二端部確定的表面，其在第二方向上具有高度變化，並產生高度差，第二方向正交於第一方向和光軸，高度差有利於掃描透鏡在第二方向上定位。
17.根據權利要求16的掃描透鏡，其特徵在於，第一端部表面上的高度差包含一刻痕或突出部分，其具有從立方形或球形表面一部分中選擇的形狀，第二端部表面上的高度差包含一刻痕或突出部分，其具有從長方體或橢圓體部分表面中選擇的形狀。
18.根據權利要求1的掃描透鏡，其特徵在於，更進一步包含鄰接於第二方向上透鏡部分放置的第三端部；以及由第三端部確定的表面，包括在垂直於第一方向上具有的高度差，其中高度差有利於掃描透鏡在第一方向上的定位。
19.根據權利要求1的掃描透鏡，其特徵在於，掃描透鏡通過沿第一方向流經塑型模的樹脂模製而成。
20.一種定位根據權利要求1的掃描透鏡的方法，包含將第一端部表面上的高度差與設置在光學盒中的互補表面對準，光學盒包含掃描元件用來掃描光束；將高度差定位在鄰接互補表面的第一端部表面上，並由此在第二方向上定位掃描透鏡。
全文摘要
掃描透鏡用樹脂模製而成。透鏡部分折射在透鏡部分第一方向上掃描的光束。透鏡部分確定垂直於第一方向的光軸。第一端部設置成在第一方向的一端鄰接透鏡的部分。第一端部表面在垂直於第二方向上具有高度差，第二方向正交於光軸和第一方向。高度差有利於掃描透鏡在第二方向上定位。
文檔編號G02B13/00GK1696762SQ200510064148
公開日2005年11月16日 申請日期2005年1月7日 優先權日2004年1月7日
發明者本田智 申請人:株式會社東芝