CN101387710B - 塑料光学元件,模具镶块,模具,光学扫描设备以及图像形成设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种塑料光学元件，其包含光学元件主体和与光学元件主体相连接的支撑部分，光学元件主体具有包含至少一个凹面形状的激光束入射部分的传输面，其中支撑部分在传输面的端部沿切线方向布置，以及光学元件主体和支撑部分的一部分在同一模具镶块中被成型。本发明还提供了制作该塑料光学元件的模具镶块，模具，以及包含该塑料光学元件的光学扫描设备以及图像形成设备。

Description

塑料光学元件，模具镶块，模具，光学扫描设备以及图像形成设备 

技术领域

本发明涉及一种塑料光学元件，其被用在诸如激光数字式复印机、激光打印机或传真机的光学成像系统以及诸如摄像机的光学装置中。特别地，本发明涉及一种由成型塑料制品，例如具有精密镜面以及大的、厚度不均匀的塑料扫描透镜，组成的塑料光学元件，以及涉及用于成型这样的塑料光学元件的模具镶块(nest structure)、模具、包含该塑料光学元件的光学扫描设备以及包含该光学扫描设备的图像形成设备。 

背景技术

迄今为止，带有激光束影像以及校正功能的光学元件(透镜、镜面)通常被用于诸如激光数字式复印机、打印机、传真机的光学成像系统的光学单元中。近年来，在光学元件中采用非球面提高了它们的光学性能，并且光学元件已经可通过注射成型或注射压缩成型为复杂的形状。结果是，制造成本因此已经被减小。通常，为通过包含以上提到的注射成型或注射压缩成型的塑料成型将它们精确地成型为想要的形状，优选的是在模具的腔中的熔融树脂的冷却固化过程中，腔内部的熔融树脂的压力和温度，也就是，模具内的温度分布必须是均匀的。 

当模具内出现不均匀的树脂温度或局部温度分布，或模具中热收缩变化，导致在模压塑料制品中出现诸如缩痕的外部缺陷。通过增加注射压力增加熔融树脂的数量以填充到模具的腔中能够有效的解决外部缺陷。然而，这可能又导致模压塑料制品的内部变形的问题，特别是在厚度较薄的部分，对其光学性能产生不利的影响。 

此外，在长度较长以及厚度不均匀的光学元件的成型中，因为冷却速度或树脂的热收缩由于透镜厚度的不均匀而根据光学元件的位置而改变，以及模具中温度分布必须在长度方向上均匀，使得缩痕的出现将增加。 

在用传统的由用于光学元件主体和与光学元件主体相连接的支撑部分的不同构件组成的模具镶块成型这样的长的、形状不规则的光学元件过程中，由于当通过注射填充熔融的树脂进入模具的腔中时空气流入到不同构件间的接合面中，缩痕一般出现在不同构件间的接合面。空气流入局部地降低模具的温度或粘附力，导致局部的热收缩，换言之，导致模压塑料制品中的缩痕以及如气泡的其它外部缺陷。 

第4108195号日本专利(参考文献1)公开了一种通过在不同于传输面的表面提供呈凹的或凸的形状的不完全的传输部分，用于成型长的，形状不规则的塑料光学元件而没有残余的树脂的内部压力和内部变形的高精度成型方法，其制造成本与制造薄的模压塑料制品的方法一样低。 

第3696420号日本专利(参考文献2)和第3512595号日本专利(参考文献3)公开了在不同于塑料光学元件传输面的表面的一部分上形成凹陷的具体方法。该方法的步骤包括准备一对模具，其中每一个都具有至少一个或多个由腔件和传输面形成的腔，腔件形成包含非传输面的表面，并具有至少一个或多个通气孔和至少一个或多个与通气孔相连通的连通口以提供压缩气体给制品，并与模具外的压缩气体提供设备相连接；以低于树脂的软化温度的温度给模具热量并维持该温度，通过注射将以高于软化温度加热的熔融树脂填充进腔中；在传输面上生成树脂压力以使树脂与传输面紧密接触；当树脂被冷却至软化温度以下时通过通气孔为腔中的树脂提供压缩气体；以及强制地限定带有通气孔的腔件和树脂间的空隙借此以形成非传输面(此外，在第2002-337178号日本特开专利申请公报中公开)。 

然而，在上述提及的方法中存在一个缺点，对于用传统的由用于光学元件主体和支撑部分的不同构件组成的模具镶块成型塑料光学元件，与使用通常的成型法相比，缩痕的出现增加了。当压缩气体被提供给腔中的树脂时，归因于空气流入构件间的接合面，其导致模具的局部的温度或粘附力的降低以及导致局部的热收缩，或缩痕的出现。空气流入还导致气泡的出现。 

当塑料光学元件是被用于当前的光学扫描设备的fθ透镜等时，由于支撑部分的一部分是与具有传输面的透镜主体一体形成并被用来使激光束穿透以确定扫描开始时刻，因此特别需要降低外部的光学的缺陷同时维持透镜主体以及全部或部分支撑部分的光学性能。 

为解决上述问题，第2006-168285号日本特开专利申请公报公开了一种技术一体形成光学元件主体和与其连接的支撑部分的模具镶块。然而，该技术中仍遗留一个问题，光学元件主体不能容易地从模具镶块分离。换句话说，不可能在应该比副扫描方向成型更顺利的主扫描方向连续地成型塑料光学元件。塑料光学元件不能在同一模具镶块中被成型。 

发明内容

考虑到解决上述问题，本发明的目的是提供一种具有改良的大规模生产能力和更少 的光学不良外部缺陷的塑料光学元件，其能够将其中的光学性能维持在现时水平，以及提供一种包含这样的塑料光学元件的光学扫描设备，和内装有这样的光学扫描设备的图像形成设备。 

根据本发明的一个方面，塑料光学元件被配置成包含光学元件主体以及与光学元件主体相连接的支撑部分，光学元件主体包括至少包含一个凹面形状的激光束入射部分的传输面，其中支撑部分在传输面的端部沿所述传输面的端部的切线方向布置；以及光学元件主体和支撑部分的一部分在同一模具镶块中被成型。 

优选地，在塑料光学元件中，激光束入射部分和支撑部分在同一模具镶块中被成型。 

优选地，在塑料光学元件中，支撑部分包含肋。 

优选地，在塑料光学元件中，模具镶块在它的端部包含凹面部分，以及肋由模具镶块的凹面部分形成。 

优选地，在塑料光学元件中，包含激光束入射部分的传输面具有肋。 

优选地，在塑料光学元件中，传输面的肋延伸至支撑部分。 

优选地，在塑料光学元件中，激光束入射部分和支撑部分的一部分以同样的精度水平形成。 

优选地，在塑料光学元件中，光学元件主体和支撑部分由透明的树脂材料成型而成。 

优选地，在塑料光学元件中，光学元件主体和支撑部分由透明的树脂材料成型而成并构成fθ透镜。 

根据本发明的另一个方面，模具镶块被配置成整体地成型塑料光学元件，该塑料光学元件包括光学元件主体和支撑部分，光学元件主体包括至少包含一个凹面形状的激光束入射部分的传输面，支撑部分在传输面的端部沿所述传输面的端部的切线方向布置。 

根据本发明的另一个方面，提供了包括这样一种模具镶块的模具。 

根据本发明的另一个方面，光学扫描设备包括上述塑料光学元件被包括在其内的光学成像系统，发射激光束的光源和偏转光源射出的光束以对扫描区进行扫描的光偏转器。 

根据本发明的另一个方面，图像形成设备包括上述的光学扫描设备和图像形成单元。 

附图说明

图1是根据第一实施例的塑料光学元件(fθ透镜)的示意性立体图；图2是根据第一实施例的塑料光学元件(fθ透镜)和模具镶块的横截面图；图3是根据第二实施例的塑料光学元件(fθ透镜)的示意性立体图； 图4是根据第二实施例的塑料光学元件(fθ透镜)和模具镶块的横截面图；图5是根据第三实施例的塑料光学元件(fθ透镜)的示意性立体图；图6是根据第三实施例的塑料光学元件(fθ透镜)和模具镶块的横截面图；图7是根据第四实施例的塑料光学元件(fθ透镜)的示意性立体图；图8是根据第四实施例的塑料光学元件(fθ透镜)和模具镶块的横截面图；图9是根据第四实施例的塑料光学元件(fθ透镜)的变形例的示意性立体图；图10是根据本发明的内装有塑料光学元件(fθ透镜)的光学扫描设备的示意性平面图；图11是图10中的光学扫描设备的示意性主视图；图12是根据本发明的内装有具有塑料光学元件(fθ透镜)的光学扫描设备的彩色图像形成设备的主要部分的立体图；以及图13显示图12中的彩色图像形成设备的整体结构。 

具体实施方式

在下文中，将参照附图对本发明实施例进行描述。在各个实施例中，为简化起见，具有同样的功能和同样形状的组件将被赋予同样的数字代码，以及其具体描述可能被省略。此外，图示可能省略显示某些不需要具体说明的组件。 

(第一实施例)本发明的第一实施例将参照图1，图2被描述。图1是根据第一实施例的塑料光学元件的示意性立体图。图2是在模具的模具镶块中成型的塑料光学元件的主要部分的纵向横截面示意图。将作为被内装进彩色激光束打印机的光学扫描设备的组件的fθ透镜当作塑料光学元件10的实例对其结构与操作进行描述。 

如fθ透镜的塑料光学元件包括光学元件主体1A和支撑部分2a，光学元件主体1A包括至少包含一个凹面形状的激光束入射部分1a的传输面1b，支撑部分2a在图中光学元件主体的右端和左端与光学元件主体一体形成。塑料光学元件10(11到14)具有关于中心线对称的形状以致除非另有说明外仅对其中一个部分参照图1到图9进行描述。 

包含激光束入射部分1a的传输面1b起着收集光的作用，而支撑部分2a起着使不被用于形成图像而被用于同步检测的激光束通过的作用。在稍后描述的光学扫描设备中，作为同步信号的激光束通过支撑部分2a以确定扫描开始时刻。 

要注意的是塑料光学元件10和图4、6、8和9中的11到14被通过与在参考文献3中公开的上述方法类似的方法一体成型，而不同之处在于成型它们的模具镶块3、4、8。 

如图所示，根据本实施例的塑料光学元件10包含左右支撑部分2a，其每一个都按与主扫描方向S成θ2角度的U方向以及与主扫描方向S成θ1角度并且在光学元件主体1A的传输面1b的端部的切线方向T布置。激光束入射部分1a和支撑部分2a的部分2b在同一模具镶块3中一体成型。在图2中，模具镶块4成型支撑部分2a的除了部分2b的部分。 

根据本实施例，按这样的方式在塑料光学元件10中布置支撑部分2a可以在一体化的模具镶块3中将激光束入射部分1a和支撑部分2a的部分2b成型成容易与其分离这样的形状。 

如上所述，在如fθ透镜的塑料光学元件10中，包括包含凹面形状的激光束入射部分1a的传输面1b的光学元件主体1A和与光学元件主体相连接的支撑部分2a的部分2b能够在主扫描方向S被连续地形成。即，激光束入射部分1a和支撑部分2a的部分2b能够在单个一体化的模具镶块3中被成型。因此，在填充熔融树脂到未显示的模具的腔的过程中，不会出现空气流入模具的接合面，防止模具中局部温度或粘附力的降低。这使得减小局部的热收缩或在塑料光学元件作为外部缺陷的缩痕和气泡。根据本实施例，可以提供具有改善的大规模生产能力和更少的光学不良外部缺陷并能够将其光学性能维持在现在的水平的塑料光学元件10。 

在熔融树脂从其处被注入到模具腔中以及空气流入很可能出现的闸道侧可得到更有益的效果。此外，在切线方向T在传输面1b的端部布置支撑部分2a能够形成较小的支撑部分2a的部分2b的外部形状或将其设计成在光传输方向较小的厚度。这允许部分2b在后面描述的光学扫描设备中被用于使激光束作为同步信号通过以确定光学扫描开始时刻，如同先有技术。(第二实施例) 

本发明的第二实施例将参照图3、图4被描述。图3是根据第二实施例的塑料光学元件的示意性立体图。图4是在模具的模具镶块中成型的塑料光学元件的主要部分的横截面图。如同第一实施例，将作为后面描述的光学扫描设备中的组件的fθ透镜作为塑料光学元件11的实例对其结构与操作进行描述。 

根据本实施例的塑料光学元件11与第一实施例的塑料光学元件10除了光学元件主体1A和支撑部分2a的部分2b被替代成激光束入射部分1a和支撑部分2a的部分2b在同一模具镶块3中成型以外，其他的结构均相同。 

根据本实施例的塑料光学元件11包含支撑部分2a，其每一个都被以与主扫描方向S成θ2角度的U方向，和以与主扫描方向S成θ1角度并且在光学元件主体1A的传输面1b的端部的切线方向T设置。在塑料光学元件11中按这样的方式布置支撑部分2a可以将光学元件主体1A和支撑部分2a的部分2b在一体化的模具镶块3中成型成容易与其分离这样的形 状。 

因此，根据本实施例，如同第一实施例的同样有益的效果可以被达到。(第三实施例) 

本发明的第三实施例将参照图5、图6被描述。图5是根据第三实施例的塑料光学元件的示意性立体图。图6是在模具的模具镶块中成型的塑料光学元件的主要部分的横截面示意图。如同第一实施例，将作为后面描述的光学扫描设备中的组件的fθ透镜当作塑料光学元件12的实例对其结构与操作进行描述。 

根据本实施例的塑料光学元件12与第一实施例的塑料光学元件10除了左右支撑部分2a每一个都包含肋5以及配置有用于成型肋5的凹面6a的模具镶块6替代模具镶块3以外，其他的结构均相同。 

塑料光学元件12的特征在于激光束入射部分1a、支撑部分2a的部分2b和肋5是在具有凹面6a的一体化的模具镶块6中被成型。 

在本实施例中，塑料光学元件12包含支撑部分2a，其每一个都被以与主扫描方向S成θ2角的U方向，和以与主扫描方向S成θ1角度并且在光学元件主体1A的传输面1b的端部的切线方向T设置。此外，它包含通过模具镶块6的凹面6a以垂直方向形成的肋5。这使得能够在一体化的模具镶块6中将激光束入射部分1a、支撑部分2a的部分2b和肋5成型为容易与其分离这样的形状。 

根据本实施例，提供每一个都具有肋5的支撑部分2a并且通过在模具镶块6的端部的凹面6a形成肋5使得能够进一步减小空气流入到模具的接合面中以及减小作为塑料光学元件中的外部缺陷的缩痕和气泡。(第四实施例) 

将参照图7、图8对本发明的第四实施例进行描述。图7是根据第四实施例的塑料光学元件的示意性立体图。图8是在模具的模具镶块中成型的塑料光学元件的主要部分的横截面示意图。如同第一实施例，将作为后面描述的光学扫描设备中的组件的fθ透镜当作塑料光学元件13的实例对其结构与操作进行描述。 

根据本实施例的塑料光学元件13与第一实施例的光学元件10除了光学元件主体包含有处于传输面1b的宽度方向上两侧的区域内以及支撑部分2a的宽度方向上两侧的区域内的窄带状的肋7以外，其他的结构均相同。此外，在本实施例中，配备有被用来成型肋7的凹面8a的模具镶块8被用来替代模具镶块3，其他的结构与第一实施例一样。 

塑料光学元件13的特征在于激光束入射部分1a、支撑部分2a的部分2b和肋7是在具有凹面8a的一体化的模具镶块8中被成型。 

在本实施例中，塑料光学元件13包含支撑部分2a，其每一个都被以与主扫描方向S成θ2角的U方向，和以与主扫描方向S成θ1角度并且在光学元件主体1A的传输面1b的端部的切线方向T设置。此外，它包含通过模具镶块8的凹面8a以垂直方向形成的肋7。这使得能够在一体化的模具镶块8中将激光束入射部分1a、支撑部分2a的部分2b和肋7成型为容易与其分离这样的形状。 

根据本实施例，提供在宽度方向的两侧上延伸到支撑部分2a的窄带状的肋7的传输面1b，以及通过模具镶块8中的凹面8a形成肋7使得能够进一步减小空气从空气流入很大可能出现的模具镶块的侧边流入，从而减小作为外部缺陷的缩痕和气泡。 

此外，可以在肋7中产生缩痕和气泡以使作为塑料光学元件13的长的和厚度不均匀的fθ透镜能够被精确地和以相当于薄厚度光学元件的生产成本被成型而没有残余的树脂内部压力或内部变形。(第五实施例) 

第四实施例的变形例将参照图9被描述。图9是根据第四实施例的塑料光学元件13的变形例的示意性立体图。如同第四实施例，将作为后面描述的光学扫描设备中的组件的fθ透镜当作塑料光学元件14的实例对其结构与操作进行描述。 

根据本实施例的变形的塑料光学元件14与第四实施例中的光学元件13除了窄带状的肋7延伸成围绕整个支撑部分2a的外部的四周以及配备有用于成型肋7的未显示的凹面的未显示的模具镶块代替模具镶块8以外，其他的结构均相同。肋7被形成为包含支撑部分2a的部分2b，或图7中虚线指示的由未显示的模具镶块形成的部分2b的区域。 

依据这种变形的实施例，从传输面1b延伸到支撑部分2a的肋7使得能够进一步增进第四实施例的有益效果。 

此外，在根据第一和第五实施例的塑料光学元件10到14中，以同一精度水平形成激光束入射部分1a和支撑部分2a的部分2b使得可以增加树脂和模具镶块间的粘附力以及进一步减小作为外部缺陷的缩痕。 

对于成型根据第一和第五实施例的被要求具有透明性的塑料光学元件10到14，其中使用的树脂可以是软化温度是玻璃软化温度的无定形松香，诸如聚甲基丙烯酸酯树脂、聚碳酸酯树脂、脂环族丙烯酸酯树脂或圆形聚烯烃共聚物。对于不同于光学元件的元件或组件，其软化温度是熔解温度的结晶树脂是可用的。(第六实施例) 

接下来，将参照图10、图11对内装有塑料光学元件(fθ透镜)10到14中任何一个的光学扫描设备进行举例描述。在下文中塑料光学元件10到14将被称作fθ透镜10到 14。fθ透镜10将代表下面说明中的其他透镜。 

旨在装设在较小的空间内，根据本实施例的光学扫描设备包括作为发射如图中虚线所示的激光束的光源的两个激光单元26，对应于激光单元26的两个柱面透镜27，单级光偏转器21、作为包含至少一个fθ透镜10(在该情况下，一个)的光学成像系统的多个(在该情况下，两个)fθ透镜系统、布置在相应的fθ透镜系统的光路上的至少一个(在该情况下，三个)回位镜(return mirror)23和支撑各个光学元件的单个支撑构件。每一个激光单元26由半导体激光器和准直透镜组成。 

在图10、图11所示的光学扫描设备中，构成fθ透镜系统的fθ透镜10被布置在光偏转器21的相对的两侧以致被光偏转器21偏转的激光束在主扫描方向上基本上彼此平行。用fθ透镜10，激光束被调节以使它们的成像位置在两个光电导体24的扫描表面上向同一方向偏移。此外，fθ透镜10在同一模具腔中被成型。 

在彩色图像形成设备中，由于fθ透镜系统对应于光电导体的组合(在这种情况下，两种颜色的混合，例如，黄色(Y)和品红色(M)，青色(C)和黑色(Bk))，成像位置在各个光电导体24的移动将是各个颜色的色移。为了以同一方向在两个光电导体24的扫描表面移动激光束的成像位置，需要满足两个条件。即，第一个条件是对fθ透镜进行光学设计以使成像位置被以同一方向在对应于四种颜色的四个光电导体中移动，以及第二个条件是校准各个fθ透镜的可能影响扫描线的曲率的弯曲方向。 

考虑到满足第一个条件，主要是对fθ透镜系统进行光学设计以使回位镜23以这样的方式被设置以使在各个fθ透镜系统中通过回位镜23垂直反转波束的次数相等。换句话说，在光学扫描设备中fθ透镜系统每一个都被配置成包含至少一个回位镜23，返回从fθ透镜10传输的激光束的回位镜23的数目等于各个fθ透镜10的数目。如图11所示，在本实施例中对应左和右fθ透镜10中的每一个设置三个回位镜23。 

考虑到满足第二个条件，重要的是使用在同样的模具腔中成型的fθ透镜10。在同样的模具腔中成型的fθ透镜10的弯曲处于差不多同样的形状或方向以使归因于透镜弯曲的扫描线的曲率可以被减小。在同样的模具腔中成型的fθ透镜不仅仅指的是那些在多腔模具的同样的腔中成型的还有那些在例如单腔模具中成型的。 

此外，减小透镜弯曲优选的是，除了使用在同样的模具腔中成型的透镜以外，还使用在同样的条件或同样的制造批次连续地制造的透镜。同样的制造条件包含至少同样的材料及规格和同样的成型条件。如果模具已经出于维修目的被抛光或制造过程被变更，在抛光的模具或者变更的过程下被成型的透镜不被认为是在同样的制造批次下被成型的。 

另外优选的是，从那些在不同的模具腔中成型的fθ透镜10中区分在同样的模具腔 成型的fθ透镜10以不使它们混淆，例如通过用模具腔的号码在外部标记fθ透镜10的非传输面，标记不同的数目和排列凹面以及凸面，或部分上色。 

接下来，将对光学扫描设备的操作进行描述。从各个激光单元26发出的激光束通过柱面透镜27被入射并被光偏转器21偏转。然后，通过fθ透镜10后，激光束被图10和图11中左右fθ透镜系统各自的三个回位镜23反射。被反射的激光束到达并在主扫描方向扫描光电导体24的扫描表面，在其上形成点状图像借此静电潜像被依次形成。 

相应地，由于图10、图11中的光学扫描设备内装有作为在具有上述的模具镶块的模具中成型的塑料光学元件的fθ透镜10，因此可以减少图10、图11中的光学扫描设备的制造成本。此外，不需要极大地改善fθ透镜10的精度，便可以提供具有更少的成像位置移动的光学扫描设备。这导致获得色移更少的彩色图像形成设备。(第七实施例) 

接下来，内装有光学扫描设备600的彩色图像形成设备620将参照图12、图13被描述。彩色图像形成设备620包括中间转印带606和四个在中间转印带606的移动方向上的图像形成站，它们分别具有平行设置的鼓式光电导体24Y、24M、24C、24Bk。注意为简单起见四个光电导体在下面一起被称作光电导体24。 

黄色色粉图像在具有光电导体24Y的图像形成站中形成，品红色色粉图像在具有光电导体24M的图像形成站中形成，青色色粉图像在具有光电导体24C的图像形成站中形成，以及黑色色粉图像在具有光电导体24Bk的图像形成站中形成。 

四个图像形成站除了色粉的颜色之外具有同样的用于色粉图像形成的结构；因此，仅对他们其中之一的黄色色粉图像的形成作代表性地描述。 

在黄色色粉图像形成站中，围绕光电导体24Y布置着为光电导体24Y的表面均匀地充电的充电器602Y，附着充电的色粉到光电导体24Y上的光学扫描设备600形成用于显像的静电潜像的显影辊603，包含提供黄色色粉到显影辊603Y的色粉盒的显影单元604Y，设置在中间转印带606内部以首次转印光电导体24Y上的色粉图像到中间转印带606的未显示的主转印辊，和在转印后刮去以及蓄积光电导体24Y上残余的色粉的清洁单元605Y。 

通过光偏转器21(多角镜)在相反的方向上偏转的扫描激光束，潜像以多条线(在本情况下，四条线被分成两组)被同时形成在光电导体24Y、24M、24C、24Bk上。中间转印带606被三个辊606a、606b和606c支撑并按逆时针方向旋转。黄色、品红色、青色和黑色的色粉图像按时间顺序在中间转印带606上转印以及重叠从而形成彩色图像。多张纸张150作为记录介质通过进纸辊608从进纸托盘607从最上面的那张开始被逐张馈送， 以及通过校准辊对(resist roller)609按副扫描方向(纸张馈送方向)的记录开始时刻被传送到转印单元。中间转印带606上重叠的彩色图像全体通过转印单元中的次级转印辊613被转印到一张纸张150上。这张其上具有彩色图像的纸张150被传送到包含定影辊610a和压力辊610b的定影单元610以及定影彩色图像。这张被定影后的纸张150通过纸张排出辊对612被排出到被设置在设备主体的上表面上的纸张排出盘611。 

图12中的光学扫描设备600是反向扫描类型，包含作为多角镜以偏转激光束至反方向以扫描主扫描方向两个侧边上的四个站的光偏转器21。四个光电导体24Y、24M、24C、24Bk在中间转印带(在图12中未显示但在图13中显示)的移动方向上以等间隔设置以通过顺序地转印不同的颜色的色粉图像以及重叠它们来形成彩色图像。 

如图所示，光学扫描设备600被整体地构造以通过单个光偏转器21偏转激光束以扫描光电导体24Y、24M、24C、24Bk。光偏转器21将激光束偏转成与相反的扫描方向以形成线性的图像使得在一侧的扫描开始位置与另一侧的扫描结束位置匹配。光偏转器21是具有6个镜面的多角镜以及在本实施例中被配置成具有同一根轴的两级。不用于偏转的多角镜的中间部分具有比多角镜的内切圆稍小的直径以在其内形成用于减小偏差损失(windage loss)的凹槽。光偏转器21的单层的厚度大约是2mm以及其上下两级相位相同。 

激光单元26每一个都包括一对半导体激光器，其用于通过按照根据记录密度的单个行距移动的副扫描方向对扫描区进行扫描而完成的双行同时扫描。这允许光偏转器21的转速是图像记录速度的一半。从激光单元26M、26Y、26Bk、26C发出的激光束201到204从相反的方向入射到在副扫描方向上并包含旋转轴的光偏转器21的横截面上，并被偏转成用于扫描的两个方向。 

从激光单元26Y，26M到光电导体24Y、24M的光路将被描述。柱面透镜27Y被布置成与激光单元26Y相联系以及具有仅在副扫描方向具有弯曲度的作为第一表面的柱形表面和第二表面上的平面。与后面描述的超环面透镜(toroidal lens)组合，它起着光学表面颤动误差校正系统(optical face tangle error correction system)的作用以使光偏转器21的偏转面和各个光电导体24的外表面按照副扫描方向互相配对。激光束借此被按照副扫描方向在偏转面上线性地会聚。 

柱面透镜27M、27C、27Bk被布置成与激光单元26M、26C、26Bk相联系以及具有与柱面透镜27Y相同的构造。每一个柱面透镜在本实施例中起着构成光学成像系统的成像装置的作用。 

fθ透镜10-1、10-2由塑料树脂成型并且至少在主扫描方向在第一和第二表面上具有非球面，并通过接合被叠置或被整体地形成为两级。fθ透镜10-1、10-2起着构成光学成 像系统的成像装置的作用以将通过光偏转器21偏转的激光束201到204聚焦到光电导体24的表面上。fθ透镜10-1，10-2由质量较轻和可低成本获得的透光塑料形成。 

从激光单元26Y发出的激光束202通过柱面透镜27Y被入射到光偏转器21的下级并在其上被偏转。当穿透fθ透镜10-1的下级后，激光束202通过回位镜23-4被反射成转向斜下并被入射在超环面透镜28-2上。然后，它被回位镜23-5、23-6反射到达光电导体24Y的扫描表面，顺序地形成点状图像和静电潜像。借此，第一图像形成站形成黄色彩色图像。 

从fθ透镜10-1的光轴和光偏转器21的偏转表面的延长线的交叉处看，激光单元26M被布置在以按照主扫描方向从激光单元26Y径向地移动的位置。激光束201以与从激光单元26Y发出的激光束202不同的入射角通过柱面透镜27M被入射在光偏转器21的上级。 

被光偏转器21偏转的激光束201穿透fθ透镜10-1的上级，并被回位镜23-1反射成转向斜下并被入射在超环面透镜28-1上。然后，它被回位镜23-2、23-3反射到达光电导体24M的扫描表面，顺序地形成点状图像和静电潜像。借此，第二图像形成站形成品红色图像。 

从激光单元26Bk、26C发出的激光束到光电导体24BK、24C的光路基本上与从激光单元26Y、26M发出的光路相对于光偏转器21对称。因此，其说明将被省略。从激光单元26Bk发出的激光束203被引导到光电导体26Bk的扫描表面以在第四图像形成站形成黑色的图像。从激光单元26C发出的激光束204被引导到光电导体24C的扫描表面以在第三图像形成站形成青色图像。 

超环面透镜28-1、28-2、28-3、28-4起着构成光学成像系统的成像装置的作用以利用被光偏转器201偏转的激光束201到204在光电导体24的扫描表面上形成图像。超环面透镜28-1、28-2、28-3、28-4由质量较轻及可低成本获得的透光塑料成型而成。 

根据本实施例，对应各个彩色图像形成站设置三个回位镜以致从光偏转器21的偏转面到光电导体的扫描表面上的照射位置的光路长度是预定值以及激光束201到204分别以同样的位置及同样的角度被入射在光电导体24Y到24Bk上。 

此外，从激光束201到204的照射位置到转印位置(正下方)光电导体24的旋转角是相同的。超环面透镜28-1到28-4每一个都具有共轴的非球面作为第一表面以及圆环面作为第二表面。如上所述，光电导体24Y到24Bk分别作为第一到第四图像形成站形成黄色、品红色、青色、黑色图像。 

在图12中，光学扫描设备600在图像形成区域的扫描开始以及结束位置分别包括 衬底138、140和衬底139、141。衬底138、140每一个都具有安装在其上用于同步检测的光电传感器(在下文中，称为同步检测器衬底)，同时衬底139、141每一个都具有安装在其上用于扫描端部检测的光电传感器(在下文中称为扫描端部检测器衬底)。四个检测器衬底检测扫描各个图像形成站的激光束和输出检测信号。 

在本实施例中，未显示的控制器根据从同步检测器衬底138、140发出的检测信号确定扫描开始时刻，以及根据从扫描端部检测器衬底139、141发出的检测信号确定扫描结束时刻。控制器获得在检测信号间的时间差异以控制扫描开始时刻来校正归因于fθ透镜10-1、10-2的波长波动或弯曲度变化在主扫描方向上的成像位置的移动。根据本实施例的光学扫描设备以两个相反的方向扫描，使成像位置的移动致使图像形成区域在相反的方向延伸。为了防止这种现象，它被配置成校正扫描计时以使各个图像的中心可以被校准。 

相应地，可以降低图12和图13中内装有光学扫描设备600的彩色图像形成设备620的制造成本，该光学扫描设备600具有在包含以上模具镶块的模具中被成型的fθ透镜10-1、10-2。 

图12、图13中的彩色图像形成设备620是串联式的，其中色粉图像被转印在中间转印主体上然后全体地转印在如多张纸张的记录介质上。然而，本发明未被限定在其中。它还适合于直接转印系统的串联式彩色图像形成设备，其中当如多张纸张的记录介质被通过自由端带被传送时色粉图像被依次转印以及重叠。 

本发明能够解决先有技术中的问题并获得新颖的塑料光学元件、模具镶块、模具、包含新颖的塑料光学元件的光学扫描设备、以及内装该光学扫描设备的图像形成设备。 

根据本发明，塑料光学元件被配置成，包含光学元件主体和与光学元件主体相连接的支撑部分，光学元件主体包括至少包含一个凹面形状的激光束入射部分的传输面。按这样的配置，可以在同样的模具镶块中，在主扫描方向连续地成型塑料光学元件，或成型激光束入射部分和支撑部分的一部分或光学元件主体和支撑部分的一部分。这相应地使得能够在通过注射填充熔融树脂到模具腔中时消除流入到模具的接合面中的空气，防止模具的温度或粘附力的局部降低。这导致局部热收缩或作为外部缺陷的缩痕和气泡的减小。可在熔融树脂从其处被注入到模具腔以及空气流入很可能出现的闸道侧得到更有益的效果。此外，在传输面的末端按照切线方向布置支撑部分使得按照较小的尺寸设计支撑部分的外部形状成为可能。 

此外，本发明适用于具有自由带式并带有扫描表面的光电导体的彩色图像形成设备和被内装在其中的光学扫描设备。 

Claims (13)

1.一种塑料光学元件，其特征在于，包括：

光学元件主体，其包括至少包含一个凹面形状的激光束入射部分的传输面；以及

与所述光学元件主体相连接的支撑部分，其中：

所述支撑部分在所述传输面的端部沿所述传输面的端部的切线方向布置；以及

所述光学元件主体和所述支撑部分的一部分在同一模具镶块中被成型。

2.如权利要求1所述的塑料光学元件，其特征在于，所述激光束入射部分和所述支撑部分在同一模具镶块中被成型。

3.如权利要求1所述的塑料光学元件，其特征在于，所述支撑部分包含肋。

4.如权利要求3所述的塑料光学元件，其特征在于，所述模具镶块在其端部包含凹面部分；以及

所述肋通过所述模具镶块的所述凹面部分形成。

5.如权利要求1所述的塑料光学元件，其特征在于，包含所述激光束入射部分的所述传输面具有肋。

6.如权利要求5所述的塑料光学元件，其特征在于，所述传输面的所述肋延伸到所述支撑部分。

7.如权利要求1所述的塑料光学元件，其特征在于，所述激光束入射部分和所述支撑部分的所述一部分以同样的精度水平形成。

8.如权利要求1所述的塑料光学元件，其特征在于，所述光学元件主体和所述支撑部分由透明的树脂材料成型而成。

9.如权利要求1所述的塑料光学元件，其特征在于，所述光学元件主体和所述支撑部分由透明的树脂材料成型而成并构成fθ透镜。

10.一种模具镶块，其特征在于，其被配置成一体化地成型塑料光学元件，该塑料光学元件包括光学元件主体和支撑部分，所述光学元件主体包括至少包含一个凹面形状的激光束入射部分的传输面，所述支撑部分在所述传输面的端部沿所述传输面的端部的切线方向布置。

11.一种模具，其特征在于，包括如权利要求10所述的模具镶块。

12.一种光学扫描设备，其特征在于，包括：

光学成像系统，其包括如权利要求1所述的塑料光学元件；

光源，其发射激光束；以及

光偏转器，其将从所述光源射出的光束偏转以对扫描区进行扫描。

13.一种图像形成设备，其特征在于，包括：

如权利要求12所述的光学扫描设备；以及

图像形成单元。

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