CN101334527B - 光学元件联接装置及光学扫描设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了光学元件联接装置及光学扫描设备。光学扫描设备包括：产生光束的光源，传输该光源产生的光束的透镜，和其上固定该透镜的基板元件，其中该透镜经由安装元件固定在该基板元件上，该安装元件具有与该透镜相同的热膨胀系数。根据本发明，诸如透镜的光学元件不是直接接合到基板元件上而是先接合到与该光学元件具有相同热膨胀系数的安装元件上，然后再联接到该基板元件上。因此，即使当温度改变时该光学元件也能稳定地联接到基板元件上。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学元件联接装置，更特别地，涉及这样一种光学元件联接装置，即使光学元件由于温度改变而收缩或膨胀也能够稳定地保持通过粘合剂联接到联接位置的光学元件的联接状态，以及涉及包括该光学元件联接装置的光学扫描设备。
背景技术
通常，光学扫描设备用在电子照相成像机器中，以根据图像信号扫描光束到光电导体上，使得在该光电导体上形成静电潜像。光学扫描设备包括：光源，根据图像信号产生光束；准直透镜，将光源产生的光束转换成平行于光轴的光束，即准直光束；柱面透镜，将该准直光束转换成平行于副扫描方向的光束，即线性光束；多角镜，在特定的角度范围内偏转该线性光束；以及F-θ(F-theta)透镜，将由该多角镜反射的光束汇聚到光电导体表面上。这些部件安装到单一基底元件上以构成单一模块。
为了根据图像信号在光电导体上精确地形成静电潜像，光学元件如准直透镜、柱面透镜、多角镜和F-θ透镜必须精确且牢固地安装到外壳。而且，必须防止由于环境因素如温度变化导致的光学元件的安装位置变化。
典型地，光学元件可以利用联接元件如螺丝或粘合剂联接到外壳。利用联接元件如螺丝的联接方法将增加部件的数量，从而增加光学扫描设备的制造成本，还增加光学扫描设备的重量。
日本专利申请公开No.2004-133073(2004年4月30日公开)中描述了一种利用粘合剂的联接方法，其提供了一种构造成这样的结构的光学设备，其中玻璃基板利用粘合剂联接。
在所描述的光学设备中，通过高弹性粘合剂将矩形玻璃基板的四个角接合到一隔离片上，使得玻璃基板联接到该隔离片上，并且将低弹性粘合剂施加到玻璃基板的边缘使得该玻璃基板接合到该隔离片上。
然而，在常规光学设备中，玻璃基板的热膨胀系数不同于由树脂制成的隔离片的热膨胀系数。因此，当温度改变时，在玻璃基板和隔离片之间的界面处产生过量热应力，结果玻璃基板与隔离片分离。
发明内容
本发明提供了一种光学元件联接装置，即使当光学元件由于温度改变而收缩或膨胀时也能够稳定地保持通过粘合剂联接到联接位置的光学元件的联接状态，以及提供一种包括该光学元件联接装置的光学扫描设备。
本发明的附加方面和/或效用将在随后的说明书中得到部分地阐述，并且部分地在说明书中显而易见，或者可以通过实践本发明而获得。
本发明的上述和/或其他方面可通过提供一种光学扫描设备实现，光学该扫描设备包括：产生光束的光源，传输光源产生的光束的透镜，以及其上固定透镜的基板元件，其中透镜经由安装元件固定在基板元件上。
透镜可以通过粘合剂附着在安装元件上。
安装元件可以具有粘合剂接纳槽，该粘合剂接纳槽具有内部，其中粘合剂的施加区域包括粘合剂接纳槽的内部。
粘合剂的热膨胀系数可以比透镜的热膨胀系数大。
基板元件可以具有比安装元件的尺寸大的定位槽，并且其中安装元件联接在该定位槽中以使安装元件的边缘与基板元件隔开。
基板元件或安装元件可以具有联接突起，并且安装元件或基板元件可以具有接收器联接(receiver coupling)，其中该联接突起强制性地装配在该接收器联接中。
基板元件可以具有比安装元件的尺寸大的定位槽，安装元件联接在该定位槽中以使安装元件的边缘与基板元件隔开，联接突起形成在安装元件上，并且接收器联接形成在定位槽的中心。
安装元件可以具有与透镜相同的热膨胀系数。
安装元件可以由与透镜相同的材料制成。
透镜可以是F-θ透镜，其汇聚光源产生的光束到设置在基板元件外的光电导体上。
本发明的上述和/或其他方面也可以通过提供一种联接装置实现，该联接装置将光学系统中的光学元件联接到基板元件，联接装置包括安装元件，其中光学元件经由安装元件固定到基板元件上。
本发明的上述和/或其他方面也可以通过提供一种光学扫描设备实现，该设备包括：产生光束的光源；反射镜，设置在光学扫描设备的第一侧上，以将产生的光束反射到光学扫描设备的第二侧；以及透镜单元，汇聚反射的光束到光电导体的表面上，其中透镜单元经由安装元件固定到基板元件上，并且透镜单元和安装元件具有相同的热膨胀系数。
透镜单元可以由与安装元件相同的材料制成。
透镜单元可以用粘合剂固定到安装元件上。
粘合剂的热膨胀系数可以比透镜单元和安装元件的热膨胀系数大。
安装元件可以构造成用来控制粘合剂的热膨胀。
安装元件可以经由联接器固定到基板元件上，其中联接器随着温度改变而保持安装元件和基板元件之间的联接。
基板元件具有比安装元件的尺寸大的定位槽，并且安装元件可以联接在该定位槽中以使安装元件的边缘与基板元件隔开。
基板元件或安装元件可以具有联接突起，并且安装元件或基板元件可以具有接收器联接，其中该联接突起强制性地装配在该接收器联接中。
基板元件可以具有比安装元件的尺寸大的定位槽，安装元件联接在该定位槽中以使安装元件的边缘与基板元件隔开，联接突起可以形成在安装元件上，并且接收器联接可以形成在定位槽的中心。
本发明的上述和/或其他方面也可以通过提供一种联接装置实现，该联接装置用来联接光学系统中的光学元件，联接装置包括安装元件，其中光学元件固定到安装元件上，并且其中光学元件具有与安装元件相同的热膨胀系数。
附图说明
通过下面结合附图描述的实施例，本发明的这些和/或其他的方面及效用将变得明显和更加容易理解，其中：
图1和2是示意性地示出根据本发明实施例的光学扫描设备的透视图；
图3是示出将图2中所示的第三透镜联接到基板元件的联接装置的分解透视图；
图4是示意性地示出图3中所示的安装元件的底部透视图；
图5是示出图3中所示的安装元件联接到基板元件的透视图；
图6示出图5所示的基板元件和安装元件的截面图；
图7是示出接合到图5中所示的安装元件上的第三透镜的透视图；以及
图8示出图7中所示的基板元件、安装元件和第三透镜的截面图。
具体实施方式
现在将详细地描述本发明实施例，其示例示于附图中，其中相同的附图标记始终表示相同的元件。下面通过参考附图描述实施例以解释本发明。
参考图1和2，根据本发明实施例的光学扫描设备包括：基板元件10；光源20，联接到基板元件10以产生光束；多个透镜30，40和50，联接到基板元件10以会聚光源20产生的光束；和多角镜60，可旋转地联接到基板元件10以偏转光源20产生的光束。
如图1所示，光源20、第一和第二透镜30和40、以及多角镜60位于基板元件10的一侧。如图2所示，第三透镜50位于基板元件10的另一侧。
当光源20产生光束，该光束经过第一和第二透镜30和40。已经经过第二透镜40的光束被高速旋转的多角镜60在一角度范围内偏转。偏转的光束由安装在基板元件10一侧的反射镜70反射，从而将光束引导到基板元件10的另一侧。之后，光束经过第三透镜50，然后向前到达光电导体(未示出)。
第一透镜30是准直透镜，将光源20产生的光束转换成平行于光轴的光束，即准直光束。第二透镜40是柱面透镜，将准直光束转换成平行于副扫描方向的光束，即线性光束。第三透镜50是F-θ透镜，会聚由多角镜60反射的光束到光电导体的表面。
第三透镜50是具有曲率的非球面透镜。如图2和3所示，第三透镜50的相对端部通过粘合剂90接合到基板元件10的另一侧。基板元件10上联接安装元件80，以联接第三透镜50到基板元件10。第三透镜50经由安装元件80固定到基板元件10。
如图3所示，安装元件80联接在形成于基板元件10的另一侧的定位槽11中。定位槽11可以形成为尺寸大于安装元件80的矩形形状，安装元件80也可以形成为矩形形状。定位槽11在其中心具有联接孔12。如图3和4所示，安装元件80具有强制性地装配在联接孔12中的联接突起81，还具有接纳粘合剂90的粘合剂接纳槽82。联接突起81从安装元件80的底部中心突出。粘合剂接纳槽82以与安装元件80相同的形状形成在安装元件80顶部。粘合剂90在凝固之前具有流动性。因此，当粘合剂90接纳在粘合剂接纳槽82中时，粘合剂90的施加区域通常包括粘合剂接纳槽82内部的至少一部分。所以，可以容易和平滑地执行粘合剂施加。
粘合剂90具有比基板元件10大的热膨胀系数。因此，当温度升高时，粘合剂90膨胀的比基板元件10多。但是，粘合剂90接纳在粘合剂接纳槽82中，因此，粘合剂90的施加区域通常包括粘合剂接纳槽82内部的至少一部分，从而当温度升高时控制粘合剂90的膨胀。
安装元件80具有在不需要额外元件的情况下控制粘合剂90的热膨胀和调整附着在第三透镜50上的粘合剂的厚度的功能。特别地，调整附着在第三透镜50上的粘合剂90的厚度以改变第三透镜50的固有频率，从而防止由于多角镜60的高速旋转而导致的第三透镜50的共振现象的发生。在现有技术中，难于调整粘合剂90的厚度。但是，根据本发明，改变安装元件80的粘合剂接纳槽82的深度可以容易地调整粘合剂90的厚度。
基板元件10可由聚碳酸酯(PC)制成，而紫外固化粘合剂可用作粘合剂90。但是，根据本发明，基板元件10的材料和粘合剂的类型不限于此。
定位槽11、安装元件80和粘合剂接纳槽82的形状可以形成为除矩形外的其他不同形状。
同样，安装元件80的联接突起81和其中装配有该联接突起81的联接孔12的形状可以形成为除圆形外的其他不同形状，例如多边形。
安装元件80通过将联接突起81插入到定位槽11的联接孔12而联接到定位槽11的中心。安装元件80的尺寸小于定位槽11的尺寸。所以，当安装元件80联接到定位槽11的中心时，如图5所示，安装元件80的边缘与基板元件10相隔距离“d”。由于安装元件80的周围具有如上所述的空间，所以当温度上升时安装元件80可以容易地膨胀而不影响基板元件10。
安装元件80以与第三透镜50相同的材料制成。通常，F-θ透镜通过烯烃类树脂的注模形成。因此，安装元件80也由烯烃类树脂制成。由于安装元件80是由与第三透镜50相同的材料制成，所以安装元件80具有与第三透镜50相同的热膨胀系数。所以，当温度升高时，安装元件80具有与第三透镜50相似的膨胀性。而且，当温度下将时，安装元件80具有与第三透镜50相似的收缩性。由于第三透镜50和安装元件80由温度改变而导致的改变程度彼此相同，如上所述，所以当温度改变时，第三透镜50和安装元件80之间界面处的热应力不会很大地增加，从而很好地保持了第三透镜到安装元件80的接合。
在本发明中，安装元件80的材料不限于烯烃类树脂。当第三透镜50的材料改变时，安装元件80可以由与第三透镜50改变后的材料相同的材料制成。同样，安装元件80的材料通常与第三透镜50的材料相同。但是，安装元件80可以由与第三透镜50的热膨胀系数具有相同热膨胀系数的不同材料制成。
下文中，将根据附图描述第三透镜50到基板元件10的联接。第三透镜50的相对端联接到基板元件10。因为第三透镜50和基板元件10之间的在第三透镜50一端的联接类似于第三透镜50和基板元件10之间的在第三透镜50另一端的联接，所以下面将只描述第三透镜50和基板元件10之间的在第三透镜50一端的联接。
首先，将安装元件80的联接突起81插入基板元件的联接孔12中，以使安装元件80联接在定位槽11中。当安装元件80定位在定位槽11的中心时，如图5和6所示，安装元件80的边缘与基板元件10相隔预定距离d，结果安装元件80周围形成空间。
随后，将粘合剂90施加到安装元件80的粘合剂接纳槽82。此时，适当地控制施加的粘合剂90的量，以使粘合剂90填充的高度近似等于安装元件80的表面高度，同时粘合剂90均匀地散满粘合剂接纳槽82。
在施加粘合剂90以使粘合剂90不溢出图3中的粘合剂接纳槽82之后，如图7和8所示，在将第三透镜50的一端放置在安装元件80上时，用紫外线照射施加了粘合剂90的区域。随着粘合剂90的凝固，第三透镜50粘在安装元件80上，因此，第三透镜50牢固地联接到基板元件10。
上述接合过程同样应用于第三透镜50的另一侧。特别地，第三透镜50的另一端经由与第三透镜50具有相同热膨胀系数的安装元件80而联接到基板元件10。
如上所述，由于第三透镜50通过粘合剂90接合到与第三透镜50具有相同热膨胀系数的安装元件80，所以当温度改变时，第三透镜50和安装元件80的改变程度相似，从而它们界面间的热应力不会很大地增加。热膨胀系数比第三透镜50或安装元件80的热膨胀系数大的粘合剂90接纳在安装元件80的粘合剂接纳槽82中，从而控制粘合剂90的整体施加区域。结果，即使当温度改变时，粘合剂90和安装元件80之间界面的热应力也不会很大地增加。
同样，其上接合第三透镜50的安装元件80的联接突起81强制地配合在基板元件10的联接孔12中。结果，温度改变不会影响安装元件80和基板元件10间的联接。
因此，即使当温度改变时第三透镜50也稳定地联接到基板元件10。
在上述说明中，给出了将光学扫描设备的第三透镜50联接到基板元件10的联接装置的详细解释，以说明根据本发明的光学元件联接装置。但是，本发明可应用于联接光学扫描设备的不同光学元件，例如，第一和第二透镜30和40，以及反射镜70。
此外，本发明可应用于联接不同于光学扫描设备的光学设备的光学元件。
从上文说明中很显然地，根据本发明，诸如透镜的光学元件不是直接接合到基板元件而是接合到与该光学元件具有相同热膨胀系数的安装元件上，然后再联接到基板元件。因此，即使当温度改变时光学元件也能稳定地联接到基板元件。
此外，即使当温度改变时也能稳定地保持光学元件到基板元件的联接，从而提高诸如光学扫描设备的光学设备的效率。
虽然已经说明和描述了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的原理和精神的前提下可对这些实施例作出改变，本发明的范围限定在权利要求和它们的等价物中。
Claims (14)
1.一种光学扫描设备，包括：
产生光束的光源；
传输该光源产生的光束的透镜；以及
其上固定该透镜的基板元件，其中
透镜经由安装元件固定在基板元件上，
其中基板元件具有比安装元件的尺寸大的定位槽，并且安装元件联接在定位槽中以使安装元件的边缘与基板元件隔开，
其中一个联接突起形成在安装元件上，并且一个接收器联接形成在定位槽的中心，该联接突起强制性地装配在该接收器联接中，
其中透镜通过粘合剂附着在安装元件上，以及
其中安装元件具有粘合剂接纳槽，该粘合剂接纳槽具有内部，其中粘合剂的施加区域包括粘合剂接纳槽的内部。
2.根据权利要求1的光学扫描设备，其中粘合剂的热膨胀系数比透镜的热膨胀系数大。
3.根据权利要求1的光学扫描设备，其中安装元件具有与透镜相同的热膨胀系数。
4.根据权利要求3的光学扫描设备，其中安装元件由与透镜相同的材料制成。
5.根据权利要求1的光学扫描设备，其中透镜是F-θ透镜，其汇聚光源产生的光束到设置在基板元件外的光电导体上。
6.一种联接装置，用于将光学系统中的光学元件联接到基板元件上，包括：
安装元件；其中
光学元件经由安装元件固定到基板元件上，
其中基板元件具有比安装元件的尺寸大的定位槽，并且安装元件联接在定位槽中以使安装元件的边缘与基板元件隔开，
其中一个联接突起形成在安装元件上，并且一个接收器联接形成在定位槽的中心，该联接突起强制性地装配在该接收器联接中，
其中光学元件通过粘合剂附着在安装元件上，以及
其中安装元件具有粘合剂接纳槽，该粘合剂接纳槽具有内部，其中粘合剂的施加区域包括粘合剂接纳槽的内部。
7.根据权利要求6的联接装置，其中粘合剂的热膨胀系数比光学元件的热膨胀系数大。
8.根据权利要求6的联接装置，其中安装元件具有与光学元件相同的热膨胀系数。
9.根据权利要求8的联接装置，其中安装元件由与光学元件相同的材料制成。
10.一种光学扫描设备，包括：
产生光束的光源；
反射镜，设置在光学扫描设备的第一侧上以将产生的光束反射到光学扫描设备的第二侧；以及
透镜单元，汇聚反射的光束到光电导体的表面上，其中透镜单元经由安装元件固定到基板元件上，并且透镜单元和安装元件具有相同的热膨胀系数，
其中基板元件具有比安装元件的尺寸大的定位槽，并且安装元件联接在定位槽中以使安装元件的边缘与基板元件隔开，
其中一个联接突起形成在安装元件上，并且一个接收器联接形成在定位槽的中心，该联接突起强制性地装配在该接收器联接中，
其中透镜单元用粘合剂固定到安装元件上，以及
其中安装元件具有粘合剂接纳槽，该粘合剂接纳槽具有内部，其中粘合剂的施加区域包括粘合剂接纳槽的内部。
11.根据权利要求10的光学扫描设备，其中透镜单元由与安装元件相同的材料制成。
12.根据权利要求10的光学扫描设备，其中粘合剂的热膨胀系数比透镜单元和安装元件的热膨胀系数大。
13.根据权利要求10的光学扫描设备，其中安装元件构造成用来控制粘合剂的热膨胀。
14.根据权利要求10的光学扫描设备，其中安装元件经由所述联接突起和所述接收器联接固定到基板元件上，其中将所述联接突起和所述接收器联接构造成在温度改变时保持安装元件和基板元件间的联接。
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