CN101666909A - 塑料光学元件和制备方法、光学扫描装置和图像形成设备 - Google Patents

Abstract

用于在主扫描方向和副扫描方向上引导被扫描的光束的塑料光学元件。塑料光学元件由使用模具的铸模方法制备。该元件包括：主体，包括至少两个光学功能面，所述至少两个光学功能面为通过接触模具的转印面形成的转印面，并且光束通过至少两个光学功能面；位于至少两个光学功能面之外的、主体的表面上的至少两个肋，所述肋在主扫描方向上平行地延伸。凹入部分存在于至少一个肋的表面上，并且凹入部分具有侧转印面以及作为非转印面的底面，并且在副扫描方向上，光学功能面之间的距离小于主体的长度。

Description

塑料光学元件和制备方法、光学扫描装置和图像形成设备

技术领域

本发明涉及用于光学扫描装置的塑料光学元件，其中所述光学扫描装置用于图像形成设备和光学设备。此外，本发明涉及使用塑料光学元件的光学扫描装置、使用塑料光学元件的图像形成设备以及用于制备塑料光学元件的方法。

背景技术

近来，为了满足高速产生高分辨率全色图像的需要，已经开发并商业化了诸如数字复印机和激光打印机之类的、使用串联型光学装置的彩色图像形成设备。在这样的彩色图像形成设备中，多个(四个)光束同时照射多个(四个)光感受器(在接收材料馈送方向上并排设置)来在光感受器上形成静电潜像。由相应的显影装置使用不同颜色的调色剂(诸如，黄、洋红、黑色)显影在光感受器上的静电潜像，以在相应的光感受器上形成可视彩色图像(诸如调色剂图像)。经由中间转印介质(可选的)将彩色图像逐一转印在接收材料上，以在接收材料上形成彩色图像(诸如全色图像)。

这样的图像形成设备典型地包括发射相应的光束的多个光学扫描装置。

这样的光学扫描装置通常使用矩形光学元件，该光学元件聚焦激光束，并且执行各种校正功能。近来，为了降低光学元件的成本，将组成元件的材料从玻璃变为塑料。此外，为了将各种功能赋予一个光学元件，将表面从球形表面改变为非球形表面。例如，通常使用具有较大厚度且其厚度在透镜的纵向方向上不均匀的透镜来作为光学元件。

提出一种光学扫描装置(和方法)，其中由光源发射的多个光束被导向到一个偏转器(deflector)来进行扫描，并且被扫描的光束被导向到相应的聚焦装置来将光束聚焦到相应的光感受器。每个聚焦装置包括塑料光学元件，并且聚焦装置、光源、接收光源发出的光束的入射光学系统以及偏转从入射光线系统射出的光束的偏转器包含在一个外壳(housing)中。

常规地使用诸如密封铸模方法(gate seal molding method)和重熔铸模方法(re-melt molding method)之类的铸模方法来生产塑料光学元件。使用这样的铸模方法的目的在于制备具有高形状精度的塑料元件，同时减少内部张力来改善所产生的元件的精度。具体地，在树脂被包含在模具(die)中之后，将树脂加热到不低于树脂的玻璃转化温度(glass transition temperature)的温度，并且将模具中的树脂的温度和压力控制在恒定状态。然后将树脂逐渐地冷却到不高于树脂的热变形温度的温度，并且从模具中释放树脂，从而形成铸模的塑料元件。

由于上述方法需要很长时间来提高和降低模具的温度，因此虽然可以通过使用这些铸模方法来制备高形状精度的塑料材料，但是所述方法的铸模时间远远大于其中将模具的温度维持在恒定状态的注入铸模方法。因此，该铸模方法具有低的生产率。

相反，在日本专利No.3512595(即，与美国专利No.6015514对应的、出版的待审查日本专利申请No.JP-A-11-028745)中公开了利用注入铸模方法的高生产率的表面凹陷控制铸模方法。在该方法中，树脂被包含在模具中，将该模具的温度控制在不高于树脂的玻璃转化温度，同时控制在铸模处理中出现的凹陷，使得凹陷不影响所产生的光学塑料元件的功能面(下面有时称为转印面(transfer surface))的属性和形状精度。在该方法中，为了防止由于铸模的树脂的收缩而导致在转印面上出现凹陷，转印面以外的、铸模的树脂的表面(下面有时称为不完全转印面)与模具分离，使得在冷却处理中，树脂的收缩出现在不完全转印面(即，收缩不出现在转印面)。

通过使用该表面凹陷控制铸模方法，可以在与不执行逐渐冷却的常规注入铸模方法的时间相同的铸模时间，铸模具有较大厚度和/或不平均厚度的的塑料元件。此外，所产生的塑料元件的形状精度和内部张力与通过执行逐渐冷却的上述铸模方法铸模的塑料元件的形状精度和内部张力一样好。此外，由于凹陷仅在塑料元件的不完全转印面上产生，因此塑料元件的转印面具有高形状精度。通过使用该表面凹陷控制铸模方法，可以在铸模处理中较少地依赖于压力而制备具有高铸模稳定性的塑料元件。

表面凹陷控制铸模方法对于铸模诸如fθ透镜之类的、在光束透射方向上很厚的塑料元件来说是有效的。然而，存在与这样的fθ透镜不同的长塑料元件，它们在光束透射方向上的厚度(图2B所示的透镜厚度(a))小于副扫描方向上的宽度(即，图2B所示的透镜宽度(b))。当表面凹陷控制铸模方法用于铸模这样的长塑料元件时，可能出现问题。具体地，由于在冷却处理中，透镜厚度方向的冷却速度比透镜宽度方向更快，因此，在透镜厚度方向上的长塑料元件的收缩变大，由此容易在长塑料元件的转印面上形成凹陷。

在尝试解决问题中，JP-A 2007-133179公开了一种技术，其中基于塑料元件附连到组件，在塑料元件的另一转印面(与用作光学功能面的转印面不同)上形成凸起部分，以增加元件的铸模释放阻力(mold-releasing resistance)，使得凹陷不进入塑料元件的参考面。

因此，当铸模长塑料元件时，需要比厚塑料元件(诸如fθ透镜)的情况更有效地凹陷不完全面，使得形成具有高精度的转印面(即，光学功能面)。

长塑料光元件通常具有肋，在光学功能面的周围该肋具有数毫米的厚度来增加光学功能面的机械强度，由此甚至当受到外力时，也能防止元件的变形。当不完全面形成在肋的一侧时，光学功能面和不完全面之间的距离增加了肋的厚度那么多。因此，出现了通过在不完全面上形成凹陷来防止在光学功能面上形成凹陷的效果很难实现的问题。

如上所述，即使当光学元件具有特殊形状时，通过将树脂插入到模具的空穴，或者通过将融化的树脂注入到空穴，也可以以相对小的成本大批量生产塑料光学元件。

在这样的常规铸模方法的冷却处理中，最好将模具的空穴中的树脂的压力和温度控制在均匀状态，以便生产具有所期望的形状和高形状精度的塑料元件。在JP-A 2007-133179中公开的长塑料透镜(具有不均匀的厚度)的情况中，根据部分的厚度，透镜的部分的收缩量不同，导致透镜的形状精度的恶化。此外，在透镜的相对厚的部分上容易形成凹陷。

在这点上，当在注入铸模方法中增加注入的树脂的压力(通过增加注入的树脂的量)来解决该问题时，所产生的塑料元件的内部张力增加。特别地，当塑料元件是具有不均匀厚度的厚光学元件时，内部张力严重增加，由此影响塑料元件的光学属性。

也就是，当降低被注入的树脂的压力(即，减少被注入的树脂的量)来减少铸模的塑料元件的内部张力时，会出现在元件的厚部分上形成凹陷的问题。相反，当增加被注入的树脂的压力(即，增加被注入的树脂的量)来防止在塑料元件上形成凹陷时，出现塑料元件具有大的内部张力的问题。

如图3和4所示，在尝试解决问题中，JP-A 2000-329908提出一种技术，使得在塑料元件的转印面(即，光学功能面)以外的表面上形成凹入部分(即，不完全转印部分)。

特别在其中在副扫描方向上的元件的长度(由图13B的字母(g)所示)与透镜部分的厚度(图13A的字母(h)所示)的比值(g/h)大于1的长塑料元件的情况下，透镜部分(即，图13A的部分301)的冷却速度(即，热收缩)快于元件的其它部分，由此容易在该透镜部分的表面上形成凹陷。

在图11中图解长的塑料透镜。

参照图11，附图标记301指示塑料透镜的主体(即，透镜部分)，而附图标记302和303分别指示作为转印面之一的、光束(入射光)进入的入射面以及也作为转印面之一的、光束射出的出射面。当塑料透镜用于光学扫描装置时，如图11所示，以透镜的纵向方向等同于光学扫描装置的主扫描方向的方式设置塑料透镜。

图12图解塑料透镜的整体。具体地，肋306被形成在主体301的侧表面304和305的每一个上，所述侧表面304和305与转印面302和303不同。此外，虽然在图12中未示出另一个肋(第二肋)，但是第二肋可以形成在其它侧表面(即，主扫描方向中的端面)上。铸模这些肋，同时将其与主体301合并在一起，所述肋由与主体相同的材料制成。

图13A和13B分别图解从方向S和R(图12所示)观察的透镜。在这点上，方向R是光进入方向。在图13B中，附图标记307指示光束通过的透镜的光透射方向。图14图解当按图12所示的线C-C切割透镜(即，当在主扫描方向(x)上的任意点切割透镜)时的塑料透镜的截面部分。

JP-A 2000-329908公开了一种技术，其中凹入部分(即，不完全转印部分)被形成在至少一个肋上(如图14的肋306)，从而即使当铸模材料是具有大于1的比值(g/h)的长塑料透镜，并且注入压力相对低(即，注入的树脂的量相对少)时，也能防止凹陷问题的出现。

然而，甚至当使用该技术时，也容易发生以下问题。具体地，如下面详细描述的那样，问题在于：由于在副扫描方向上透镜的长度(g)小于其厚度(h)，因此在副扫描方向上，透镜的表面303被倾斜(如图23所示)，从而根据所形成的凹入部分(即，不完全转印面)的状态出现透镜精度的劣化。此外，当倾斜程度在透镜的主扫描方向上不同时，在副扫描方向上透镜被扭曲，从而导致透镜的扭曲，由此产生通过扫描通过透镜的光束形成的光点的位置的较大变化。

在包括这样的透镜、且用于彩色图像形成设备的光学扫描装置中，光点的位置的变化，特别是高频分量的位置的变化引起颜色的未对准(mis-align)问题，其中两个或多个颜色重叠，同时未对准，从而导致具有较差的色彩再现性的彩色图像的形成。在这点上，高频分量表示通过从扫描位置减去第二分量确定的剩余分量，并且其为彩色图像的质量(诸如颜色未对准)的重要因素。由于要求最近的图像形成设备再现高分辨率图像，因此该问题在最近变得明显。

由于这些原因，因此需要即使当元件的厚度小于在副扫描方向上的长度，也可以以相对低的成本生产具有高精度的功能面的长塑料光学元件的铸模方法。

发明内容

作为本发明的一个方面，提供用于在主扫描方向和副扫描方向上引导被扫描的光束的塑料光学元件。塑料光学元件由使用模具的铸模方法制备。塑料光学元件包括：

主体，包括至少两个光学功能面，所述至少两个光学功能面为通过接触模具的转印面形成的转印面，并且包括：

光束进入的光入射表面；和

光束射出的光出射表面；和

位于至少两个光学功能面之外的、主体的表面上的至少两个肋，所述肋与主体的纵向方向(即，主扫描方向)平行地延伸，其中凹入部分存在于至少两个肋中的至少一个肋的表面上，并且其中凹入部分具有作为转印面的侧表面以及作为不接触模具的转印面形成的非转印面的底面，

其中在副扫描方向上，主体的两个光学功能面之间的距离(即，主体的厚度)小于主体的长度。

作为本发明的另一方面，提供光学扫描装置，包括：

光源，配置来发射光束；

光偏转器，配置来偏转光束；

聚焦光学系统，配置来将被偏转的光束聚焦在组件上，同时利用被偏转的光束扫描组件，其中聚焦光学系统包括上述塑料光学元件。

作为本发明的又一方面，提供图像形成设备，包括：

至少一个图像载置体，配置来在其上承载静电图像；

光学扫描装置，配置来将光束聚焦在至少一个图像载置体上，同时利用光束扫描图像载置体来在图像载置体的表面上形成静电图像。

作为本发明的又一方面，提供用于制备塑料光学元件的方法。该方法包括：

将加热到不低于树脂的软化点的温度的树脂注入到模具的空穴中，所述模具具有至少两个转印面，并且被加热到低于软化点的温度；

将压力施加到空穴(树脂)，使得所注入的树脂与模具的转印面压接，并且具有至少两个转印面和至少两个肋；和

冷却所注入的树脂，而不将至少两个肋的至少一个表面与模具的转印面接触，以在至少两个肋的至少一个表面上形成凹入部分。

结合附图，根据本发明的优选实施例的下列描述，本发明的其它目标、特征和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是图解背景技术长塑料光学元件的图；

图2是图解背景技术长塑料光学元件的图；

图3是用于解释在铸模处理中，在背景技术长塑料光学元件中产生的收缩力的图；

图4是用于解释在铸模处理中，在背景技术长塑料光学元件的非转印面上产生的收缩力的图；

图5是用于解释在铸模处理中，本发明的塑料光学元件的示例中产生的收缩力的图；

图6是图解本发明的塑料光学元件的另一示例的截面图；

图7是图解本发明的塑料光学元件的另一示例的截面图；

图8是图解本发明的塑料光学元件的另一示例的透视图；

图9是图解本发明的光学扫描装置的示例的示意图；

图10是图解本发明的图像形成设备的示例的示意图；

图11是图解长塑料光学元件的主体的示意图；

图12图解具有两个肋的背景技术长塑料光学元件的整体；

图13图解具有两个肋的背景技术长塑料光学元件的整体；

图14是当在线C-C上切割元件时，图12所示的背景技术长塑料光学元件的截面图；

图15图解在肋上具有凹入部分的另一背景技术长塑料光学元件；

图16图解在肋上具有凹入部分的另一背景技术长塑料光学元件；

图17是当在线C-C上切割元件时，图15所示的背景技术长塑料光学元件的截面图；

图18图解在各个肋上具有两个凹入部分的长塑料光学元件；

图19图解在各个肋上具有两个凹入部分的长塑料光学元件；

图20是当在线A-A上切割元件时，图18所示的长塑料光学元件的截面图；

图21是用于解释制备图15所示的长光学元件的方法的图示；

图22是用于解释制备图15所示的长光学元件的另一方法的图示；

图23是用于解释当通过不完全转印形成一个凹入部分时引起的图15所示的长塑料光学元件的形状变化的图；

图24是用于解释由变形(扭曲)的塑料光学透镜形成的光点的位置变化的图；

图25是用于解释当通过不完全转印在各个肋上形成两个凹入部分时引起的图18所示的长塑料光学元件的形状变化的图；

图26是用于解释当通过不完全转印形成凹入部分时引起的另一长塑料光学元件的形状变化的图，所述光学元件具有两个均衡(well-balanced)的凹入部分；

图27是用于解释图26所示的塑料光学透镜形成的光点的位置变化的图；

图28是用于解释用于制备本发明的、具有两个均衡的凹入部分的长塑料光学元件的方法的图；

图29是用于解释用于制备本发明的、具有两个均衡的凹入部分的长塑料光学元件的方法的图；

图30是用于解释用于制备本发明的、具有两个均衡的凹入部分的长塑料光学元件的方法的图；和

图31A和31B图解本发明的光学扫描装置的示例。

具体实施方式

将参照附图解释本发明的塑料光学元件的示例。

本发明的塑料光学元件是在光束透射方向上的元件的厚度(由图2B的字符(a)所示)小于副扫描方向上的元件的长度(由图2B的(b)表示)的塑料光学元件。通过将树脂馈入具有转印面的模具的空穴，然后将压力施加到空穴，使得树脂与模具的转印面压接来制备塑料光学元件。塑料光学元件具有主体和至少一个肋，所述主体包括至少一个光学功能面(最好两个光学功能面)，所述光学功能面为通过与模具的转印面接触而形成的转印面，而所述至少一个肋位于光学功能面以外的、主体的表面上(最好是在光学功能面以外的主体的表面上的两个肋)，并且在主体的纵向方向上(即，主扫描方向)延伸。此外，凹入部分存在于至少一个肋的表面上，并且凹入部分具有底面，所述底面为不将树脂与模具的转印面接触而形成的不完全转印面(有时称为非转印面)。替代地，形成两个肋来在主体的纵向方向上平行，并且与主体的光学功能面垂直，并且在至少一个肋的表面上形成凹入部分。

图1是图解背景技术长塑料光学元件的透视图。塑料光学元件10包括具有光学功能面12和肋11的主体。在图2B中图解通过在平面A(图2A所示)切割元件获得的塑料光学元件的截面部分(即，主扫描方向上任意点的截面部分)。如图2B所示，在光束透射方向上的元件的厚度(a)小于副扫描方向上的元件长度(b)。当使用模具制备这样的塑料光学元件时，在光束透射方向上的铸模的元件的冷却速度快于其它部分。因此，在光束透射方向上的热收缩力很大。因此，容易在元件的光学功能面上形成凹陷。因此，需要有效地在铸模的塑料光学元件的不完全面(非转印面)上形成凹陷，同时将模具的转印面转印到元件，使得不在转印面上形成凹陷，并且元件的光学功能面具有良好的精度。

接下来，将通过参照图3和4解释当在模具中冷却铸模的树脂时，在用于背景技术塑料光学元件的铸模的树脂中产生的收缩力。

在其中在模具中冷却融化的树脂的冷却处理中，收缩力作用在图3所示的阴影圆形部分中。当力F1(为树脂从模具释放的方向上的树脂的力)大于树脂的转印力，即力F2(保持树脂附着到模具的方向上的树脂的力)时，树脂从模具释放，导致在转印面12(即，光学功能面)的表面上形成凹陷。

参照图4解释背景技术凹陷控制方法。在图4所示的铸模的树脂中，肋11的表面部分中的树脂(即，在不完全面附近的树脂)具有高温度和高流动性状态。因此，当如图3所示，在光学功能面12附近产生收缩力时，如图4所示的那样，不完全面侧上的树脂优先地收缩(其中附图标记F3指示收缩力)，由此形成具有非转印面13的凹入部分，并且减少释放力F1。因此，可以防止在光学功能面12上形成凹陷。

然而，塑料光学元件的肋11通常具有大约数毫米的厚度(c)以便加固光学元件，即防止光学元件的变形。因此，肋11的不完全面和光学功能面12之间的距离明显变得很大。也就是，距离太长，从而不能防止在光学功能面12上形成凹陷。

如图5所示，为了防止在光学功能面12上形成凹陷，本发明的塑料光学元件在肋11的表面上最好具有相对深的凹入部分，该部分具有深度(d)。凹入部分底部具有通过不完全转印(即，树脂与所使用的模具的壁的不完全接触)形成的非转印面13。

通过在肋11的表面上形成具有深度(d)的凹入部分，不完全面13和光学功能面12之间的距离可以被缩短距离(d)，且几乎不劣化光学元件的机械强度，由此可以增强用于防止在光学功能面12上形成凹陷的效果。因此，可以通过转印形成良好的光学功能面，同时不在其上形成凹陷，从而形成具有良好的形状精度的光学功能面。因此，光学元件具有良好的光学属性。

如图6所示，凹入部分的侧壁最好具有出模斜度(draft angle)α，使得可以从模具容易地释放铸模的光学元件。当铸模的光学元件的凹入部分的侧壁具有出模斜度α时，由于可以减少铸模的元件和模具之间的摩擦力，因此，可以降低从模具分离的阻力。因此，在元件从模具释放的释放处理中，可以减少对塑料光学元件的负担，由此防止光学元件的变形。因此，所产生的光学元件具有良好的光学属性，即，光学功能面具有高形状精度。

如图7所示，本发明的塑料光学元件最好在每个肋11的表面上具有凹入部分。

图8是图解本发明的塑料光学元件的示例的透视图，该光学元件包括具有非转印面13的凹入部分。

本发明的塑料光学元件最好由透明树脂制成。

接下来，将解释包含本发明的上述塑料光学元件的本发明的光学扫描装置和图像形成设备。

图9图解具有塑料光学元件10的光学扫描装置。

光学扫描装置100根据图像信息扫描从多个光源发出的光束来形成静电潜像。具体地，光学扫描装置100包括光源30，其根据图像信息发出多个光束；偏转装置20，配置来偏转所发出的光束；多个fθ透镜14和多个塑料光学元件10，它们为上述塑料光学元件，并且与偏转装置20相对。

从光源30的多个激光源发出的多个光束被偏转装置20(诸如多面镜)偏转。被偏转的激光束在相应的光感受器(未示出)的表面上聚焦，同时利用激光束扫描光感受器，从而在光感受器上形成静电潜像。

图10图解串联型彩色复印机200，其为本发明的图像形成设备的示例，并且包括本发明的上述光学扫描装置。

彩色复印机200是高速复印机，其包括位于复印机中心的图像形成部分200A；位于图像形成部分200A之下的接收材料馈送部分200B；以及位于图像形成部分200A之上的图像读取部分(未示出)。图像形成部分200A包括定影装置220，配置来在接收材料纸状物上定影诸如调色剂图像之类的可视图像8。

图像形成部分200A包括中间转印带202。用于形成不同的彩色图像、且被图像读取部分分离的四个图像形成装置布置在中间转印带202之上，其中所述图像具有与组成原始图像的颜色(即，蓝、绿和红)互补的颜色(即，黄、洋红、青和黑色)。具体地，沿中间转印带202的转印面并排地布置四个光感受器203Y、203M、203C和203K，所述四个光感受器203Y、203M、203C和203K配置来分别承载黄、洋红、青和黑色调色剂图像。

光感受器203Y、203M、203C和203K的每一个是在箭头指示的方向上旋转的光导鼓。在每个光感受器203的周围，布置了充电器，配置来充电光感受器的表面；光照射装置，配置来利用光束照射充电的光感受器来在光感受器上形成静电潜像；显影装置，配置来利用包括彩色调色剂的显影剂显影静电潜像来在光感受器上形成彩色调色剂图像；一次转印装置，配置来转印中间转印带202上的调色剂图像来在中间转印带上形成多色调色剂图像(其中黄、洋红、青和黑色调色剂图像叠加)；和清洁装置，配置来清洁光感受器的表面。显影装置使用不同颜色的调色剂(即，黄、洋红、青和黑色调色剂)执行显影。

中间转印带202在驱动辊轴和包括辊轴210的被驱动辊轴上循环，并且在图像转印位置上以与光感受器203的方向相同的方向上移动。被驱动辊轴210和二次转印辊轴211相互相对地放置来形成二次转印夹持(中间转印带202在二者之间)。在中间转印带202上形成的多色调色剂图像在二次转印夹持被转印到接收材料纸状物上，其中从接收材料馈送部分200B馈送接收材料纸状物。在其上承载多色调色剂图像的接收材料纸状物被横向馈送到定影装置220，其中将多色调色剂图像定影到纸状物上，从而形成全色图像。

接收材料馈送部分200B包括盘215，其中包含接收材料纸状物；和馈送机构，配置来将接收材料纸状物逐一馈送到二次转印夹持。

除了所使用不同的颜色之外，四色图像形成装置同时执行相同的图像形成操作。每个颜色的图像形成装置的操作如下。

首先，光感受器203的表面被充电器充电。包括本发明的扫描装置100的光照射装置使用由图像读取部分(未示出)读取的图像信息调制的光束照射充电的光感受器203来在光感受器上形成静电潜像。显影装置利用包含彩色调色剂的显影剂显影静电潜像来在光感受器203上形成彩色调色剂图像。通过被施加了偏压的一次转印装置(即，与图10的光感受器面对的四个辊轴)，在相应的转印位置上将在光感受器203Y、203M、203C和203K上形成的彩色调色剂图像逐一静电转印到中间转印带202上(即，一次转印)，从而在中间转印带上形成多色调色剂图像。

然后，在辊轴210和211形成的二次转印夹持，在中间转印带202上的多色调色剂图像被转印到从接收材料馈送装置馈送的接收材料纸状物上。然后，承载多色调色剂图像的接收材料纸状物被馈送到定影装置220，使得通过定影带和压力辊轴的组合定影多色调色剂图像。

将承载定影后的彩色调色剂图像(即，全色图像)的接收材料纸状物与定影带分离，并且在运送过排出通道之后将其从图像形成部分200A中排出。当在接收材料纸状物的反面形成另一图像来进行双面打印时，承载定影后的彩色调色剂图像的接收材料纸状物被返回到包含辊轴210和211的二次转印装置来接收另一图像。通过定影装置220将调色剂图像定影到接收材料纸状物的反面，然后将其从图像形成部分200A中排出。

将解释本发明的另一塑料光学元件。

图11图解长塑料透镜(即，塑料光学元件)的主体。图12和13图解具有图11所示的主体的背景技术长塑料透镜的整体。图14图解当在线C-C上切割透镜时，背景技术长塑料透镜(图12)的截面图。在这点上，正如可从图14理解的那样，在副扫描方向上(与如图12所示的主扫描方向垂直)的透镜的长度(g)与光透射方向上的透镜的厚度(h)的比值(g/h)大于1。

图15到17图解在转印面302和303之外的一个表面上具有凹入部分的另一背景技术长塑料光学元件。在该塑料透镜中，通过不完全转印将凹入部分310(下面有时称为不完全转印部分)形成在塑料透镜的两个肋306的表面上。该塑料透镜对应于JP-A 2000-329908的图3所示的塑料透镜。

在这点上，如图16所示，凹入部分(不完全转印部分)310在透镜的纵向方向(即，在主扫描方向)上延伸，以便与所扫描的光透射区域307对应。凹入部分310可以从肋306之一延伸到透镜的主体301，但是最好凹入部分不进入到主体301的光透射区域307。

图18到20图解在除了转印面302和303以外的两个表面的每一个表面上具有两个凹入部分的长塑料透镜。在该塑料透镜中，长塑料透镜满足g/h＞1的关系，并且通过不完全转印将凹入部分311和312形成在塑料透镜的两个肋306的两个表面上。图20图解当如在图18所示的线C-C上切割透镜获得的塑料透镜的截面图。该塑料透镜对应于JP-A 2000-329908的图3所示的塑料透镜。

参照图19，凹入部分311和312在主扫描方向上延伸以便对应于所扫描的光透射区域307。凹入部分311和312可以从肋306延伸到透镜的主体301(即，在副扫描方向上)，但是最好凹入部分不进入到主体301的光透射区域307。

图21是用于解释使用压缩空气在长塑料透镜上形成凹入部分(不完全转印面)的第一方法的图示。

具体地，第一方法使用包括多个空穴片(cavity piece)356的模具，并且多个空穴片356的转印面355形成空穴。此外，模具包括具有至少一个气孔354的空穴片353，通过气孔将压缩空气施加到所注入的树脂来通过不完全转印在所注入的树脂的表面上形成凹入部分。气孔354与至少一个通气管相连，而通气管与位于模具外部的压缩空气供应装置(未示出)相连。模具被加热到低于用于进行铸模的树脂软化点的温度。被加热到不低于树脂软化点的温度的树脂被注入到模具中，使得被注入的树脂与转印面355压接，然后将树脂冷却到低于其软化点的温度，同时通过气孔354将压缩空气施加到模具的空穴中的树脂，由此在空穴片353的表面和树脂的表面之间形成空气空间358，从而在铸模的树脂的表面上形成凹入部分。

由于在树脂和空穴片353之间形成空气空间358，因此，与空穴片353面对的树脂的表面变为自由表面。因此，与和空穴片356接触的其它表面(即，转印面355)相比，该表面可以相对容易地移动。因此，可以通过具有自由表面的表面部分的运动来吸收由于冷却造成的树脂的收缩。因此，具有自由表面的表面部分优先地收缩。因此，缓和树脂的内部张力，并且可以防止在铸模的树脂的一个或多个转印面上形成凹陷的问题的出现。

图22是用于解释使用可滑动空穴片在长塑料透镜上形成凹入部分(即，不完全转印面)的第二方法的图示。

具体地，参照图22，第二方法使用包括多个空穴片361的模具，并且多个空穴片361的转印面360形成空穴。此外，模具包括用于形成凹入部分的可滑动空穴片359。模具被加热到低于用于进行铸模的树脂软化点的温度。被加热到不低于树脂软化点的温度并融化的树脂362被注入到模具中，使得被注入的树脂与转印面360压接，然后将树脂冷却到低于其软化点的温度，同时在箭头指示的方向上(即，在片359与树脂分离的方向上)滑动可滑动空穴片359，由此在可滑动空穴片359的表面和所注入的树脂的表面之间形成空气空间363，从而在铸模的树脂的表面上形成凹入部分。

由于在树脂和空穴片359之间形成空气空间363，与空穴片359面对的树脂的表面变为自由表面。因此，与和空穴片361接触的其它表面(即，转印面360)相比，表面可以相对容易地移动。因此，可以通过具有自由表面的表面部分的运动来吸收由于冷却造成的树脂的收缩。因此，具有自由表面的表面部分优先地收缩。因此，缓和树脂的内部张力，并且可以防止在铸模的树脂的一个或多个转印面上形成凹陷的问题的出现。

因此，通过在转印面以外的、铸模的塑料透镜的一个表面上形成作为不完全转印面的凹入部分，可以防止塑料透镜具有瑕疵的外观。此外，如图18-20所示，通过在转印面以外的、铸模的塑料透镜的两个表面的每一个表面上形成作为不完全转印面的凹入部分，可以进一步加强缺陷外观防止效果。

然而，由于图15和18所示的塑料透镜的厚度(g)小于在副扫描方向上的透镜的长度(h)，因此，问题在于：在副扫描方向上，转印面302和303被倾斜，从而根据凹入部分的状态出现透镜的精度的劣化。当根据所形成的凹入部分，转印面303的倾斜程度在主扫描方向上变化时，出现其中透镜在副扫描方向上扭曲的扭曲问题。

本发明的发明人分析扭曲问题。作为分析的结果，本发明的发明人发现了扭曲的机制。具体地，本发明的发明人认为：由于通过树脂的热收缩促使凹入部分的形成，因此，凹入部分的深度与收缩量成比例。因此，根据凹入部分(热收缩)的状态，透镜的形状变化，从而导致转印面302和303的倾斜。当倾斜程度在主扫描方向上变化时，出现扭曲问题。当这样的扭曲的塑料透镜用于光学扫描装置时，所扫描的光点的位置在副扫描方向上变化，特别地，在光学扫描装置中高频分量的扫描位置严重变化，从而在使用该光学扫描装置的彩色图像形成设备中形成点阵彩色图像的未对准。在这点上，高频分量表示通过从扫描位置减去第二分量确定的剩余分量，并且是彩色图像的质量(诸如色彩的未对准)的重要因素。

在图15-17所示的、在肋306之一的表面上具有凹入部分的塑料透镜中，如图23的虚线所示，透镜的左侧(在其上形成凹入部分310)发生形状变化。由此，塑料透镜被扭曲，并且如图24所示，所扫描的光点的位置在副扫描方向上变化。特别地，在光学扫描装置中高频分量的扫描位置严重改变。

在图18-20所示的、在每个肋306的表面上具有凹入部分的塑料透镜中，如果凹入部分311的312的深度(D1和D2)明显不同，则如图25所示，在凹入部分形成处理中发生的形状变化(热收缩)的程度在肋306的右侧和左侧不同。在这样的情况下，与上述情况类似，塑料透镜被扭曲，并且如图24所示，所扫描的光点的位置在副扫描方向上变化。特别地，在光学扫描装置中高频分量的扫描位置严重改变，从而导致在使用光学扫描装置的彩色图像形成设备中点阵彩色图像的未对准的形成。

虽然与图15-17所示的在肋306之一上具有凹入部分的透镜相比，图18-20所示的、在每个肋306的表面上具有凹入部分的塑料透镜的扭曲程度相对小，但是当深度D1和D2之间的差增加时，扭曲变得明显。

作为本发明的发明人的实验结果，发现当在满足关系g/h＞1的塑料透镜的两侧上形成的凹入部分的深度D1和D2之间的变量|D1(x)-D2(x)|在主扫描方向上的任意位置(x)上不大于透镜的副扫描方向长度(g)的5％时，如图26所示，在凹陷部分形成处理中出现的形状变化(即，热收缩)的程度在塑料透镜的两侧被很好地均衡。因此，通过控制变化，可以显著地降低透镜的扭曲。在这种情况下，如图27所示，可以显著地降低在副扫描方向上的所扫描的光点的位置的变化(特别是高频分量的扫描位置的变化)。

本发明的发明人还发现，甚至当透镜的副扫描方向长度(g)改变时，如果满足关系g/h＞1(以及变量|D1(x)-D2(x)|不大于副扫描方向长度(g)的5％)，则可以实现上述效果。

凹入部分311和312最好具有图5和6所示的形式。

将解释本发明的光扫描装置的另一示例。

光学扫描装置包括：光源，配置来发射光束；光偏转器，配置来偏转光束；和聚焦光学系统，配置来将被偏转的光束聚焦在组件的预定位置上，同时利用光束扫描组件，其中聚焦光学系统包括上述塑料透镜。具体地，塑料透镜满足关系g/h＞1，其中g表示透镜的副扫描方向长度，而h表示在光透射方向的透镜的厚度。此外，在主扫描方向上，在塑料透镜的任意位置(x)上，满足下列关系：

|D1(x)-D2(x)|≤0.05g，

其中D1(x)表示在转印面(302和303)以外的、塑料透镜的一侧(肋)的表面上形成的凹入部分的深度，D2(x)表示在转印面(302和303)以外的、塑料透镜的另一侧(肋)的表面上形成的凹入部分的深度，而g表示透镜的副扫描方向长度。

通过使用该光学扫描装置，可以显著减少在副扫描方向上所扫描的光点的位置变化(特别是高频分量的扫描位置的变化)。

在这点上，塑料透镜由透明树脂材料制成。树脂材料的特定示例包括非结晶树脂，其软化点与其玻璃转化温度相同，非结晶树脂诸如甲基丙烯酸树脂、聚碳酸脂树脂、丙烯酸脂环树脂、循环聚烯等。

图28-30是用于解释用来在透镜的转印面以外的、塑料透镜的两个相对面上形成凹入部分(不完全转印面)的方法的图。

在使用图28所示的方法中，与使用图21所示的模具的方法类似，压缩空气被施加到铸模的树脂来在铸模的树脂的两侧形成凹入部分，其中在铸模处理中通过不完全转印产生凹入部分。在该方法中，为了在铸模的树脂的两侧形成期望的凹陷部分，最好合适地控制下列因素：

(1)一个或多个的狭缝(即图21中的气孔354)的位置；

(2)狭缝的宽度；

(3)压缩空气的压力；和

(4)空气注入时间

在使用图29所示的方法中，与使用图22所示的模具的方法类似，空穴片滑动来在铸模的树脂的两侧形成凹入部分，其中，在铸模处理中通过不完全转印产生凹入部分。在该方法中，为了在铸模的树脂两侧上形成期望的凹入部分，最好合适地控制下列因素：

(1)可滑动的空穴片的形状；和

(2)空穴片滑动定时

使用图30所示的模具的方法是使用图21所示的方法和使用图22所示的方法的组合。具体地，压缩空气被施加到铸模的树脂的一侧，并且空穴片在铸模的树脂的另一侧滑动来在铸模的树脂的两侧形成凹入部分，其中在铸模处理中通过不完全转印产生凹入部分。在该方法中，为了在铸模的树脂两侧上形成期望的凹入部分，最好合适地控制上述因素，而且最好控制包括所注入的树脂的量的铸模条件。

图31A和31B分别是本发明的光学扫描装置的另一示例的俯视图和侧视图。参照图31A和31B，附图标记371-374指示光源(即，激光二极管)，配置来发射用于形成与青(C)、洋红(M)、黄(Y)和黑(K)色图像对应的静电图像的激光束。附图标记375和376指示光偏转器(即，在该示例中为多面镜)，配置来偏转由光源371-374发射的激光束。附图标记381-384分别指示用于C、M、Y和K图像的相应激光束通过的fθ透镜，而附图标记385-388分别表示长透镜，其为本发明的塑料光学透镜，并且用于C、M、Y和K图像的相应激光束通过该塑料光学透镜。此外，附图标记391-394指示光感受器，由偏转器偏转的激光束扫描光感受器来在其上形成与C、M、Y和K图像对应的静电潜像。在这点上，fθ透镜381-384和长透镜385-388组成聚焦光学系统，配置来将光束聚焦在光感受器。

在图31所示的光学扫描装置中，由光源371-374发出的用于C、M、Y和K图像的激光束被偏转器375和386偏转，以便进入包括fθ透镜381-384和长透镜385-388的聚焦系统。然后经由镜子将激光束聚焦在光感受器391-394的表面，由此将静电潜像(与C、M、Y和K图像对应)形成在光感受器391-394上。

本发明的上述长塑料透镜用于长透镜385-388，因此可以在光感受器391-394上形成光点，同时在副扫描方向上具有很小的位置变化。如上所述，本发明的塑料透镜用于改善高频分量的扫描位置的变化。

图31所示的光学扫描装置最好用于图像形成设备，特别是彩色图像形成设备。在这种情况下，由于改善了副扫描方向上的光点的位置变化(特别地，改善高频分量的扫描位置的变化)，图像形成设备可以产生具有很小的色彩未对准的高质量彩色图像。

根据上述教学可以对本发明进行复检的修改和变型。因此，应该理解，在所附权利要求的范围内，可以与这里具体的描述不同地实践本发明。

本文档要求2008年9月1日向日本专利局提交的日本专利申请No.2008-223630和2009年1月28日向日本专利局提交的日本专利申请2009-016169的优先权并包含他们的主题，通过在这里引用将其全部内容合并在此。

Claims (11)

1.一种用于在主扫描方向和副扫描方向上引导被扫描的光束的塑料光学元件，所述塑料光学元件由使用模具的铸模方法制备，所述塑料光学元件包括：

主体，包括至少两个光学功能面，所述至少两个光学功能面为通过接触所述模具的转印面形成的转印面，并且包括：

光束进入的光入射表面；和

光束射出的光出射表面；和

位于所述至少两个光学功能面之外的、所述主体的表面上的至少两个肋，所述肋在与所述主扫描方向对应的所述主体的纵向方向上平行地延伸，其中凹入部分存在于所述至少两个肋中的至少一个肋的表面上，并且其中所述凹入部分具有作为转印面的侧表面以及作为不接触所述模具的所述转印面形成的非转印面的底表面，

其中在所述副扫描方向上，所述主体的所述至少两个光学功能面之间的距离小于主体的长度。

2.如权利要求1所述的塑料光学元件，其中在所述凹入部分从所述底表面向所述凹入部分的顶部加宽的方向上，所述凹入部分的侧表面具有出模斜度。

3.如权利要求1所述的塑料光学元件，其中所述塑料光学元件由透明树脂制成。

4.如权利要求1所述的塑料光学元件，其中所述塑料光学元件具有两个肋，并且所述凹入部分存在于所述两个肋的每一个肋的表面上，并且其中所述塑料光学元件满足下列关系：

|D1(x)-D2(x)|≤0.05g，

其中D1(x)表示在所述主扫描方向上的位置(x)上，位于所述两个肋之一的表面上的所述凹入部分的深度，D2(x)表示在所述主扫描方向上的所述位置(x)上，位于所述两个肋的另一个肋的表面上的所述凹入部分的深度，而g表示在所述副扫描方向上的所述塑料光学元件的长度。

5.一种光学扫描装置，包括：

光源，配置来发射光束；

光偏转器，配置来偏转所述光束；

聚焦光学系统，配置来将被偏转的光束聚焦在组件上，同时利用所述被偏转的光束扫描所述组件，其中所述聚焦光学系统包括根据权利要求1所述的塑料光学元件。

6.如权利要求5所述的光学扫描系统，其中所述塑料光学元件具有两个肋，并且所述凹入部分存在于所述两个肋的每一个肋的表面上，并且其中所述塑料光学元件满足下列关系：

|D1(x)-D2(x)|≤0.05g，

其中D1(x)表示在所述主扫描方向上的位置(x)上，位于所述两个肋之一的表面上的所述凹入部分的深度，D2(x)表示在所述主扫描方向上的所述位置(x)上，位于所述两个肋的另一个肋的表面上的所述凹入部分的深度，而g表示在所述副扫描方向上的所述塑料光学元件的长度。

7.一种图像形成设备，包括：

至少一个图像载置体，配置来在其上承载静电图像；

根据权利要求5所述的光学扫描装置，配置来将光束聚焦在所述至少一个图像载置体上，同时利用所述光束扫描所述至少一个图像载置体来在所述至少一个图像载置体的表面上形成静电图像。

8.如权利要求7所述的图像形成设备，包括至少两个图像载置体，其中所述光学扫描装置包括至少两个光源和至少两个塑料光学元件，以将所述光束聚焦在所述至少两个图像载置体上，同时利用相应的光束扫描所述至少两个图像载置体来在所述至少两个图像载置体的表面上形成静电潜像。

9.如权利要求7所述的图像形成设备，其中所述塑料光学元件具有两个肋，并且所述凹入部分存在于所述两个肋的每一个肋的表面上，并且其中所述塑料光学元件满足下列关系：

|D1(x)-D2(x)|≤0.05g，

其中D1(x)表示在所述主扫描方向上的位置(x)上，位于所述两个肋之一的表面上的所述凹入部分的深度，D2(x)表示在所述主扫描方向上的所述位置(x)上，位于所述两个肋的另一个肋的表面上的所述凹入部分的深度，而g表示在所述副扫描方向上的所述塑料光学元件的长度。

10.一种用于制备根据权利要求1所述的塑料光学元件的方法，包括：

将加热到不低于树脂的软化点的温度的所述树脂注入到模具的空穴中，所述模具具有至少两个转印面，并且被加热到低于所述软化点的温度；

将压力施加到所述空穴，使得所述树脂与所述至少两个转印面压接，并且具有至少两个光学功能面和至少两个肋；和

冷却所注入的树脂，而不将所述至少两个肋的至少一个表面与所述模具的转印面接触，以在所述至少两个肋的至少一个表面上形成凹入部分。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述塑料光学元件具有两个肋，并且所述凹入部分存在于所述两个肋的每一个肋的表面上，并且其中所述塑料光学元件满足下列关系：

|D1(x)-D2(x)|≤0.05g，

其中D1(x)表示在所述主扫描方向上的位置(x)上，位于所述两个肋之一的表面上的所述凹入部分的深度，D2(x)表示在所述主扫描方向上的所述位置(x)上，位于所述两个肋的另一个肋的表面上的所述凹入部分的深度，而g表示在所述副扫描方向上的所述塑料光学元件的长度。

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