CN103293569A - 准直透镜、光扫描装置以及利用该光扫描装置的图像形成装置 - Google Patents

Abstract

本发明的准直透镜具有在光路上与光源相对置的第一面和与偏光体相对置的第二面，并在所述第一面和所述第二面中的至少一个面具有衍射结构。在0℃至60℃的温度范围内，并且在该温度范围内变化的所述光源的发光波长的范围内，设从到所述第二面的距离为S1的位置P1发出的发散光射入所述第二面，并在到所述第一面的距离为S2的位置P2成像的情况下，将在0＜S1/S2≤50的范围内从位置P1发出的所述发散光在位置P2所成的像的波面像差的最小值为WF1，将S1＝∞的平行光射入所述第二面时在位置P2上所成的像的波面像差的最小值为WF2时，所述准直透镜有WF1＜WF2的关系。

Description

准直透镜、光扫描装置以及利用该光扫描装置的图像形成装置

技术领域

本发明涉及一种具备温度补偿功能的准直透镜、利用该准直透镜的光扫描装置以及利用该光扫描装置的图像形成装置。

背景技术

例如，适用于激光打印机或复印机等中的一般的光扫描装置具备光学部件，该光学部件包括：发出激光的光源；反射所述激光并使之偏光扫描的多面体转镜；将激光射入多面体转镜的入射光学系统；以及将偏光扫描后的所述激光成像在感光鼓的周面(被扫描面)上的扫描透镜。所述入射光学系统包含：将发散的激光变换为平行光或会聚光的准直透镜(collimator lens)；以及将所述平行光或会聚光变换为线状光，成像于多面体转镜(polygonmirror)的反射面上的圆柱透镜(cylindrical lens)。所述光学部件一般为防尘起见容纳于树脂制的外壳内。

此外，如果光扫描装置所处环境的温度发生了变化，就会影响所述光学部件的光学性能。特别是在采用以树脂材料成形的透镜部件时，其影响较大。环境温度变化后，例如会发生透镜部件的折射率的变动、发出激光的激光二极管的温度特性引起的发射波长的变动、热变形导致的透镜形状的变化等。此外，由于所述外壳的热变形，相对于感光鼓的距离或光学部件之间的距离会变化。特别是，准直透镜的误差敏感度较高，若采用以折射率容易随温度变化的树脂材料成形的准直透镜，则成像位置容易随着温度变化而变化。因此，准直透镜需要具备某种温度补偿功能。

已知有一种技术，通过在准直透镜的一面上附加衍射光学元件，来补偿因环境温度的变化而导致的折射率变动所引起的折射能力的变化、激光二极管的模式跳变(modehopping)引起的成像位置的变动。为了该变动补偿，用关系式定义扫描透镜的焦距、主扫描剖面的点径等各种参数。

但是，若仅补偿成像位置的变动，有时无法充分补偿成像性能。即，虽然调整了成像位置，但是未必就能良好地调整像差等成像性能。此外，还需要考虑针对外壳的热膨胀的对策。从而，存在即便欲利用线膨胀系数较大的相对便宜的材料制作所述外壳，但由于成像性能不充分，还是无法采用的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种成像性能优异的具备温度补偿功能的准直透镜、利用该准直透镜的光扫描装置以及利用该光扫描装置的图像形成装置。

本发明的一方面涉及的准直透镜，将光源发出的发散光的光线变换为会聚光，其中，所述光源的发光波长随温度变化而变化，该准直透镜具有：第一面，在光路上与所述光源相对置，供所述光线入射；第二面，与所述第一面相对置，供所述光线出射；衍射结构，形成在所述第一面和所述第二面中的至少一个面。所述准直透镜，在0℃至60℃的温度范围内并且在该温度范围内变化的所述光源的发光波长的范围内，当从距所述第二面的距离为S1的位置P1发出的发散光射入所述第二面，在距所述第一面的距离为S2的位置P2成像时，设在0＜S1/S2≤50的范围内从位置P1发出的所述发散光在位置P2所成的像的波面像差的最小值为WF1，S1＝∞的平行光射入所述第二面时在位置P2所成的像的波面像差的最小值为WF2，满足WF1＜WF2的关系。

本发明的另一方面涉及的光扫描装置包含光源、准直透镜、偏光体、圆柱透镜以及扫描透镜。所述光源发出发散光，发光波长随温度变化。所述准直透镜是将从所述光源发出的光线变换为会聚光的透镜，具有所述特征。所述偏光体包括反射从所述光源发出的光线的反射面，使所述光线偏光扫描。所述圆柱透镜将所述会聚光变换为线状光，并成像于所述偏光体的反射面。所述扫描透镜使由所述偏光体偏光扫描的所述光线成像于被扫描面上。

本发明的其他方面所涉及的图像形成装置包括：像载体，承载静电潜像；以及所述光扫描装置，将所述像载体的周面作为所述被扫描面照射光线。

附图说明

图1是表示本发明一实施方式所涉及的打印机的概略结构的剖视图。

图2是表示装载于所述打印机的光扫描装置的内部结构的立体图。

图3是表示第一实施方式的光扫描装置的主扫描剖面的结构的光路图。

图4是表示由准直透镜单独形成的会聚光的光路图。

图5是表示图4的主要部分的光路图。

图6是表示平行光射入准直透镜时的光路图。

图7是表示第一实施例的准直透镜的光学特性(20℃)的曲线。

图8是表示第一实施例的准直透镜的光学特性(60℃)的曲线。

图9是表示比较例的准直透镜的光学特性(20℃)的曲线。

图10是表示比较例的准直透镜的光学特性(60℃)的曲线。

图11是表示第一实施例的准直透镜的光学特性(20℃)的曲线。

图12是表示第一实施例的准直透镜的光学特性(60℃)的曲线。

图13是表示比较例的准直透镜的光学特性(20℃)的曲线。

图14是表示比较例的准直透镜的光学特性(60℃)的曲线。

图15是表示第一实施例的准直透镜的聚光点处的光学特性(20℃)的曲线。

图16是表示第一实施例的准直透镜的聚光点处的光学特性(60℃)的曲线。

图17是表示比较例的准直透镜的聚光点处的光学特性(20℃)的曲线。

图18是表示比较例的准直透镜的聚光点处的光学特性(60℃)的曲线。

图19中(A)及(B)是表示第二实施方式的光扫描装置在不同温度下的光学系统的状态的图。

图20是表示第二实施方式的光扫描装置的光学特性的曲线。

具体实施方式

下面，基于附图对本发明一实施方式所涉及的光扫描装置进行说明。图1是表示本发明一实施方式所涉及的打印机1(图像形成装置的一个例子)的概略结构的剖视图。另外，图像形成装置并不限于打印机1，也可以为复印机、传真机、数码复合机等。打印机1包含盒状的框体101、容纳于该框体内的图像形成部100、光扫描装置104以及供纸盒210、220。供纸盒210、220装拆自如地安装于打印机1的下部。

图像形成部100进行在薄片体上形成调色剂图像的处理，包括带电装置102、感光鼓103(像载体)、显影装置105、转印辊106、清洁装置107以及定影单元108。

感光鼓103是圆筒状的构件，在其周面上形成静电潜像及调色剂像。感光鼓103接受来自未图示的马达的驱动力，向图1中箭头A所示的顺时针方向旋转。带电装置102使感光鼓103的表面大致均匀地带电。

显影装置105向形成有静电潜像的感光鼓103的周面提供调色剂并形成调色剂像。显影装置105包含承载调色剂的显影辊和搅拌输送调色剂的螺旋桨(screw)。形成于感光鼓103上的调色剂像被转印到从供纸盒210、220抽出并在输送通道300中输送的薄片体上。由未图示的调色剂容器对该显影装置105补充调色剂。

转印辊106与感光鼓103的侧面相对设置，由两者形成转印夹缝部。转印辊106以具有导电性的橡胶材料等构成并且被赋予转印偏压，将感光鼓103上形成的调色剂像转印到所述薄片体上。清洁装置107对调色剂像转印到薄片体后的感光鼓103的周面进行清扫。

定影单元108包括内置加热器的定影辊、设置于与该定影辊相对置的位置上的加压辊。定影单元108通过所述辊将形成有调色剂像的薄片体加热并予以输送，从而将转印到薄片体上的调色剂像定影至该薄片体上。

光扫描装置104对于在带电装置102的作用下大致均匀地带电的感光鼓103的周面(被扫描面)照射与从个人计算机等外部装置输入的图像数据相应的激光，形成静电潜像。关于该光扫描装置104将在后面详细描述。

供纸盒210、220容纳供图像形成用的多张薄片体P。供纸盒210、220和图像形成部100之间设置有薄片体输送用的输送通道300。输送通道300中设有供纸辊对213、223、输送辊对214、224以及对准辊对215。此外，定影单元108的下游侧设置有输送辊对109、向出纸盘119排出薄片体的排出辊对110。

接下来，对打印机1的图像形成动作进行简单说明。首先，由带电装置102使感光鼓103的周面大致均匀地带电。带电后的感光鼓103的周面由光扫描装置104发出的激光曝光，从而在感光鼓103的周面上形成要在薄片体P上形成的图像的静电潜像。该静电潜像，通过从显影装置105向感光鼓103的周面提供调色剂，显现成调色剂像。另一方面，薄片体P在搓辊212、213的作用下从供纸盒210、220被抽出到输送通道300，由输送辊对214、224予以输送。然后，薄片体P在对准辊对215的作用下暂时停止，在规定的时机被送往转印辊106和感光鼓103之间的转印夹缝部。通过使薄片体P穿过所述转印夹缝部，所述调色剂像被转印至该薄片体P上。进行该转印动作后，薄片体P被输送至定影单元108，调色剂像定影到薄片体P上。然后，薄片体P由输送辊对109及排出辊对110排出至出纸盘119上。

<光扫描装置的第一实施方式>

接着，对第一实施方式所涉及的光扫描装置104的详细结构予以说明。图2是表示光扫描装置104的内部结构的立体图，图3是表示光扫描装置104的主扫描剖面的结构的光路图。光扫描装置104包括外壳104H、以及容纳于该外壳104H内的激光器单元20(光源)、准直透镜23、圆柱透镜24、多面体转镜26(偏光体)和fθ透镜28(扫描透镜)。图2所示出的方向标识中，左右方向为主扫描方向。本实施方式的光扫描装置104是扫描透镜仅由一块透镜(fθ透镜28)构成的光扫描装置。

外壳104H包括作为载置各种构件的基座构件的底板141、自该底板141的周缘大致垂直地竖立设置的侧板142以及覆盖侧板142上方的盖体。由于图2表示了取下所述盖体后的状态，所以没有画出该盖体。外壳104H具有俯视观察时为大致四边形的形状。侧板142包括在光扫描装置104装配于打印机1时与感光鼓103的周面103S相对置的前侧板142F、与该前侧板142F相对置的后侧板142B、将这些两侧部相连的右侧板142R及左侧板142L。

底板141中与后侧板142B相邻接的部位设有高度比周围低的凹部143。凹部143中设置多面体转镜26，在底板141上的凹部143以外的区域中设有激光器单元20、准直透镜23、圆柱透镜24以及fθ透镜28。前侧板142F上设有切除该前侧板142F的上侧边缘到中间部附近而形成的窗部144。即便在安装有未图示的所述盖体的状态下，该窗口部144也为外壳104H的开口部。此外，在底板141的上表面中左侧板142L的附近，设有第一保持构件145及第二保持构件146。左侧板142L和第一保持构件145之间以及左侧板142L和第二保持构件146之间分别设有微小的间隙。另外，外壳104H由热膨胀性的树脂成形。

激光器单元20包括基板21、装载于该基板的一个面的大致圆筒形状的半导体激光器22以及设置于发光面的前方的盖玻片20G(参照图5、图6)等。半导体激光器22是发出规定波长的激光(光线)的光源。该激光是发散光，其波长随环境温度的变动而变化。具体而言，具有温度上升则发光波长变长的温度特性。

基板21上安装有半导体激光器22以及驱动该半导体激光器22的驱动电路部件。激光器单元20以使基板21夹入到存在于第一保持构件145及第二保持构件146与左侧板142L之间的所述间隙并且使半导体激光器22嵌入于第一保持构件145及第二保持构件146之间的方式安装于底板141的上表面。通过调整基板21对所述间隙的嵌入位置，能够调整激光B的照射位置。

准直透镜23由树脂材料成形，将半导体激光22发出并扩散的激光B变换为会聚光。通过使准直透镜23具备生成会聚光的光学能力(opitcal power)，能够谋求光路长度的缩短，进而谋求光扫描装置104的小型化。准直透镜23通过台座部25用粘接剂固定在底板141上。稍后会详细描述，该准直透镜23为了光学特性的温度补偿而具备衍射结构。

圆柱透镜24将所述会聚光在主扫描方向变换为较长的线状光并成像于多面体转镜26的反射面。准直透镜23及圆柱透镜24是使激光B射入多面体转镜26的入射光学系统，本实施方式中被构成为斜入射的光学系统。

多面体转镜26是沿正六边形各边形成有反射面的多面镜。多面体转镜26的中心位置与多面反射镜马达27的转动轴相连结。多面体转镜26通过多面反射镜马达27转动驱动，由此围绕所述转动轴旋转，并使从半导体激光器22发出并经由准直透镜23及圆柱透镜24而成像的激光B进行偏光扫描。

fθ透镜28是具有fθ特性的透镜，为主扫描方向上长的透镜。fθ透镜28设置于窗部144与多面体转镜26之间，使被多面体转镜26反射后的激光B聚光，穿过外壳104H的窗部144并在感光鼓103的周面103S上成像。fθ透镜28由利用透光性树脂材料的金属模具成形制造。

图4是表示由准直透镜23单独形成的会聚光的光路图，图5是表示图4的主要部分的光路图。另外，图5中画出激光器单元20的盖玻片20G。准直透镜23具有在激光B的光路上与激光器单元20相对置的第一面231和与多面体转镜26(像侧)相对置的第二面232。

本实施方式中采用的准直透镜23具备以下(A)至(C)三个特征。

(A)第一面231及第二面232中至少一方具备用于光学特性温度补偿的衍射结构。

(B)通过所述衍射结构，在0℃至60℃的温度范围内并且在该温度范围内变化的半导体激光器22的发光波长的范围内，使发散光射入第二面232时该准直透镜23所成的像的波面像差小于使平行光射入第二面232时的波面像差。

(C)用半导体激光器22的发光波长λ和温度T的函数表示的准直透镜的焦距在环境温度变高时变长，另一方面从第二面232到成像点(感光鼓103的周面103S)的距离Si在环境温度变高时变短。

参照图5，其中作为一个例子被示出的准直透镜23是向像侧凸出的凹凸透镜。即，第一面231是凹面，具有负的光学能力，第二面232是凸面，具有正的光学能力。通过使第一面231具备负的光学能力，能够降低对于轴外光线的像差。第一面231及第二面232均为非球面。此外，在第二面232的有效直径ED的范围内设有衍射结构。另外，衍射结构也可以设置于第一面231，还可以设置于第一面231及第二面231两者。

所述非球面由下式(1)定义，衍射分布的相位分布由下式(2)定义。

$z=\frac{r^2/R}{1+\sqrt{1-(1+k){(r/R)}^2}}+\underset{i=1}{\mathrm{\&Sigma;}}{C}_i{r}^i$ 式(1)

$\mathrm{\&phi;}\left(r\right)=\frac{2\mathrm{\&pi;}}{\mathrm{\&lambda;}}\underset{j=1}{\mathrm{\&Sigma;}}{D}_{2j}{r}^{2j}$ 式(2)

其中， $r=\sqrt{x^2+y^2}$

本实施方式的准直透镜23将从作为点光源的激光器单元20的发光面20S发出的发散光的光线整形为会聚光。即，从发光面20S隔着距离So射入到准直透镜23的第一面231的发散光在到第二面232的距离为Si的位置处的聚光点(实际上通过与fθ透镜28相组合，周面103S为聚光点)成像。这样，通过使准直透镜23具有生成会聚光的作用，能够使扫描光学系统小型化，进而能够谋求光扫描装置104的小型化。

一般的准直透镜23如图6所示，用于将从发光面20S发出的发散光整形为平行光。即，所述第二面232与聚光点的距离Si＝∞。从而，准直透镜23被设计为，从第二面232侧向该准直透镜23射入理想的平行光时，在到第一面231的距离为So的成像位置P2(相当于发光面20S的位置)上生成的像的波面像差小。

向此类一般的准直透镜23射入发散光而非平行光时，成像性能恶化。即，从到第二面232的距离为Si的位置处所发出的发散光射入第二面232时，在到第一面231的距离为So的成像位置P2上生成的像的波面像差比射入平行光时恶化。因此，若为了谋求扫描光学系统的小型化，使准直透镜23生成会聚光，则会产生无法获得良好的成像性能的问题。

本实施方式中通过在第二面232设置衍射结构来解决所述问题。在此，设从到准直透镜23的第二面232的距离为S1(对应于所述距离Si)的位置P1发出的发散光射入第二面232，并在到第一面231的距离为S2(对应于所述距离So)的位置P2成像时，将在0＜S1/S2≤50的范围内从位置P1处发出的所述发散光在位置P2所成的像设为像Im-1。此外，将平行光(S1＝∞)射入第二面232时从第一面231射出的光线在位置P2所成的像设为像Im-2。所述衍射结构，在设像Im-1的波面像差的最小值为WF1，设像Im-2的波面像差的最小值为WF2时，具有使式(3)的关系成立的功能。

WF1＜WF2      式(3)

另外，所述关系是在考虑到半导体激光器22的温度特性的基础上成立的关系。一般而言，半导体激光器的发光波长在温度变化时变化。通常，在温度上升时发光波长变长。在发光波长发生变化时，透镜的折射程度变化，造成成像点移位。此外，成像位置也根据准直透镜23及其他透镜的热膨胀移位。因此，本实施方式的衍射结构，在0℃至60℃的温度范围内并且在该温度范围内变化的半导体激光器22的发光波长的范围内，具有使所述式(3)的关系成立的功能。

而且，本实施方式的衍射结构也对光扫描装置104的外壳104H的热变形的影响予以补偿。所前所述，外壳104H由热膨胀性的树脂成形。从降低成本的观点出发，难免要利用热膨胀性的树脂作为外壳104H的形成材料。外壳104H在环境温度升高时热膨胀，外壳104H所保持的光学部件之间的距离也随之变长。具体而言，是指激光器单元20与准直透镜23及圆柱透镜24之间的距离，或所述部件与多面体转镜26及fθ透镜28的距离等。

因此，半导体激光器22的特性、准直透镜23及外壳104H的材料、进而外壳104H内的激光器单元20及准直透镜23的设置位置基于以下条件决定。即，设温度T时的半导体激光器22的发光波长为λ(T)、激光器单元20的发光面20S与准直透镜23的第一面231的距离为So(T)、从激光器单元20发出的光线经由准直透镜23成像的点P1与第二面232的距离为Si(T)、波长λ(T)时的准直透镜23的焦距为f(λ(T)，T)，并将这些函数作为各温度的函数来对待时，若设第一温度为T1，并设比该第一温度高出规定温度的第二温度为T2，则在0℃至60℃的温度范围内，满足以下的式(4)并且满足式(5)。

f(λ(T1)，T1)＜f(λ(T2)，T2)    式(4)

Si(T1)＞Si(T2)                  式(5)

通过满足所述式(4)及式(5)，用光源的发光波长λ和温度T的函数表示的准直透镜23的焦距f在第二温度T2(高温)下变长，另一方面从所述第二面232至成像点P1的距离Si在第二温度T2下缩短。通过利用具有这样的衍射结构的准直透镜23，即便发光面20S与准直透镜23的第一面231之间的距离So随外壳104H的热膨胀而变长，也能够尽可能地抑制成像位置的温度变化。

<第一实施例>

接下来，将实现所述说明的第一实施方式所涉及的准直透镜23的结构数据(construction data)的一个例子作为第一实施例表示于表1中。该第一实施例的准直透镜23具有向多面体转镜26侧凸出的弯月面形状，第一面231及第二面232双方均为非球面，第二面232设有衍射结构。表中，C表示非球面系数，D表示衍射系数。第一实施例的光学系统包括表1所示的准直透镜23及盖玻片20G，是如图4及图5所示那样的光学系统。

[表1]

为了与所述第一实施例进行比较，将如图6所示那样，被设计为从第二面232射入平行光时的波面像差为最小的准直透镜的结构数据作为比较例表示于表2中。比较例的光学系统包括表2所示的准直透镜23及盖玻片20G，是如图6所示那样的光学系统。

[表2]

图7及图8表示在从第一实施例的准直透镜23的第二面232侧射入平行光时，在位置P2即发光面20S的位置所成的像的点列图(spot diagram)及波面像差。图7表示环境温度为20℃的情况，图8表示环境温度为60℃的情况。另一方面，图9及图10表示在从比较例的准直透镜23的第二面232侧射入平行光时，在发光面20S的位置所成的像的点列图及波面像差。图9表示环境温度为20℃的情况，图10表示环境温度为60℃的情况。

接下来，图11及图12表示在从第一实施例的准直透镜23的第二面232侧射入发散光时，在发光面20S的位置所成的像的点列图及波面像差。图11表示环境温度为20℃的情况，图12表示环境温度为60℃的情况。此外，图13及图14表示在从比较例的准直透镜23的第二面232侧射入发散光时，在发光面20S的位置所成的像的点列图及波面像差。图13表示环境温度为20℃的情况，图14表示环境温度为60℃的情况。

另外，图7至图14的各图中用上段、中段及下段这三段表示点列图及波面像差。上段、中段、下段分别表示聚光于轴外0.2mm的位置、轴外0.1mm的位置、轴上时的点列图及波面像差(后述图15至图18也一样)。

就第一实施例比较平行光入射的情况和发散光入射的情况。即，比较图7及图8与图11及图12的数据，例如观察轴上的波面像差100％的值时，在平行光的图7及图8中为0.004051(20℃)和0.004302(60℃)，与此相对，在发散光的图11及图12中为0.001540(20℃)和0.001492(60℃)。由该比较可知，都是发散光入射时的波面像差较小。

与此相对，在比较例中，比较图9及图10与图13及图14的数据，例如观察轴上的波面像差100％的值时，在平行光的图9及图10中为0.000424(20℃)和0.000687(60℃)，与此相对，在发散光的图13及图14中为0.005453(20℃)和0.005126(60℃)。这样在比较例中，发散光入射时的波面像差较大。

接下来，图15及图16是表示用所述第一实施例的准直透镜23，如图4所示，使位于位置P2处的激光器单元20发光，使发散光(穿过盖玻片20G)射入准直透镜23中，并将位置P1作为聚光点成像时的、该像的点列图及波面像差的图。图15表示环境温度为20℃的情况，图16表示环境温度为60℃的情况。

另一方面，图17及图18是表示用所述比较例的准直透镜23，同样使激光器单元20发光，使发散光(穿过盖玻片20G)射入准直透镜23中，并将位置P1作为聚光点成像时的、该像的点列图及波面像差的图。图17表示环境温度为20℃的情况，图18表示环境温度为60℃的情况。

图15至图18中对比第一实施例和比较例可知，就光束的聚光状态及波面像差两者而言，无论哪种状态下都是第一实施例更优。

表3中表示在所述第一实施例及比较例中利用的半导体激光器22的发光波长、准直透镜23及盖玻片20G的折射率的温度特性。此外，表4表示第一实施例的光学系统的各面之间的温度特性。

[表3]

[表4]

如表4所示，第一实施例的准直透镜23的焦距在60℃时比20℃时变长(15.000mm→15.019mm)。然而，由于衍射结构的功能，从准直透镜23的第二面232至聚光点的位置P2的距离在高温时变短。有关这一点的优势将在下述第二实施方式中予以说明。另外，温度变化引起的准直透镜23的形状变化或衍射效率的变化根据表4的透镜厚度所示的变化率被包含在计算中。

<光扫描装置的第二实施方式>

接着，对第二实施方式所涉及的光扫描装置予以说明。第二实施方式的光扫描装置的内部结构及光学设置与在第一实施方式中说明的光扫描装置104相同。在该第二实施方式中，将说明一种即便光扫描装置104的外壳104H的热膨胀导致的各光学构件之间的配置间隔发生变化，也能够避免成像位置发生偏移的实施方式。

若设置光扫描装置104的环境的温度上升，则准直透镜23、圆柱透镜24及fθ透镜28的折射率上升，并且所述透镜由树脂材料成形时，透镜形状由于热膨胀而变化。此外，半导体激光器22的发光波长变长。这些现象起到使焦距拉长的作用。图19中(A)表示朝向被扫描面的主扫描方向的中心的光路在相对低温的温度T1状态下的状态，图19中(B)表示在与温度T1相比上升ΔT后的相对高温的状态下的光路的状态。如这些图所示，光扫描装置104具备的成像光学系统的激光B的成像点FT变长。

由热膨胀性的树脂成形的外壳104H在设置光扫描装置104的环境的温度上升时当然会膨胀。以准直透镜23为首的构成光扫描装置104的光学构件都支撑于外壳104H。因此，随着环境温度的上升，各光学部件之间的设置间隔扩大。例如，图19中(A)的符号R1所示的被扫描面(感光鼓103的周面103S)的位置由于热度上升而延伸ΔR至图19中(B)的符号R2所示的位置，被扫描面远离fθ透镜28。

图19(A)中，符号PT1表示fθ透镜28在被扫描面侧的共轭点。由于所述成像光学系统的焦距增长及被扫描面远离fθ透镜28，该共轭点PT1如图19中(B)的符号PT2所示、向fθ透镜28靠近ΔPT。如若不考虑此类热的影响，则无法使激光B的焦点对准于被扫描面。

第二实施方式中，借助准直透镜23所具有的衍射结构补偿热量的影响。图19(A)中，符号QT1表示由准直透镜23单独生成的会聚光在被扫描面侧会聚的会聚点。不具有衍射结构的准直透镜中，到该会聚点QT1的距离(准直透镜的焦距)随着温度上升而变长。但本实施方式中，如图19中(B)的符号QT2所示，设置为通过衍射结构使会聚点靠近fθ透镜28。

而且，通过所述衍射结构，设置为使图19中(A)的温度T1下的会聚点QT1和共轭点PT1一致，并使图19中(B)的温度T2下的会聚点QT2和共轭点PT2一致。其中，T1及T2例如为光扫描装置104的实用使用温度的上限和下限即0℃、60℃。即，将准直透镜23的衍射结构设置为，在0℃至60℃的温度范围内，能够使fθ透镜28的主扫描方向的共轭点PT与准直透镜23单独的会聚点QT始终一致。

应当成像的面即被扫描面的位置决定后，fθ透镜28在主扫描方向的共轭点PT就被唯一确定。被扫描面随着温度上升从位置R1向位置R2变化。为了使成像点FT与该位置R2吻合，只要使fθ透镜28的主扫描方向的共轭点PT的变化量ΔPT与准直透镜23单独的会聚点从QT1到QT2的位置变化量一致即可。具体而言，在半导体激光器22的发光波长λ(T)下，若预先设定具有规定特性的准直透镜23的衍射结构，则以使共轭点PT的位置与会聚点QT的温度变化QT(T)相匹配地发生变化的方式设计fθ透镜28的透镜面即可。

<第二实施例>

接下来，将实现所述说明的第二实施方式所涉及的光学系统的结构数据的一个例子作为第二实施例表示于表5中。表5中仅表示fθ透镜28(扫描透镜)的结构数据。准直透镜23利用与第一实施例相同的透镜(结构数据参照表1)。表6中表示圆柱透镜24及fθ透镜28的折射率的温度特性。此外，表7中表示第二实施例的光学系统的各面之间的温度特性。另外，准直透镜23及盖玻片20G的折射率的温度特性与表3相同，此外，表7未表示的面之间的温度特性如表4所示。

[表5]

[表6]

[表7]

图20是分别表示第二实施例的光学系统的主扫描方向光束直径的深度特性在环境温度为20℃、60℃时的示意图。图20中深度＝0mm的点是感光鼓103的周面103S(被扫描面)。由图20可知，基于第二实施例的光学系统，在20℃时和60℃时对焦位置几乎没有差别。即，可知借助准直透镜23的衍射结构可以良好地进行温度补偿。

根据以上说明的本实施方式所涉及的光扫描装置104，由于准直透镜23生成会聚光，另一方面包括满足所述式(3)的衍射结构，所以能够谋求光扫描装置104的小型化，并且即便环境温度变化也能够良好地维持成像性能。此外，除了所述式(3)外，还满足所述式(4)及式(5)，由此能够考虑外壳的热膨胀的影响，来良好地补偿成像性能。

以上虽对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于此。例如，所述实施方式中，表示了将准直透镜23应用于打印机1的光扫描装置104所包括的扫描光学系统中的例子。但并不限定于该用途，例如也可以将准直透镜23应用于CD播放器、DVD播放器等光拾取光学系统、激光指示器具备的光学系统等。

Claims (8)

1.一种准直透镜，将光源发出的发散光的光线变换为会聚光，其中，所述光源的发光波长随温度而变化，其特征在于包括：

第一面，在光路上与所述光源相对置，供所述光线入射；

第二面，与所述第一面相对置，供所述光线出射；以及

衍射结构，形成于所述第一面和所述第二面中的至少一个面，其中，

在0℃至60℃的温度范围内并且在该温度范围内变化的所述光源的发光波长的范围内，当从距所述第二面的距离为S1的位置P1发出的发散光射入所述第二面，在距所述第一面的距离为S2的位置P2成像时，设在0＜S1/S2≤50的范围内从位置P1发出的所述发散光在位置P2所成的像的波面像差的最小值为WF1，S1＝∞的平行光射入所述第二面时在位置P2所成的像的波面像差的最小值为WF2，满足WF1＜WF2的关系。

2.一种光扫描装置，其特征在于包括：

光源，发出光线；

准直透镜，将从所述光源发出的光线变换为会聚光；

偏光体，具备反射从所述光源发出的光线的反射面，使所述光线偏光扫描；

圆柱透镜，将所述会聚光变换为线状光并成像于所述偏光体的反射面；以及

扫描透镜，将由所述偏光体偏光扫描的所述光线成像在被扫描面上，其中，

所述光源，发出发散光，且其发光波长随温度而变化，

所述准直透镜具备，在光路上与所述光源相对置的第一面和与所述偏光体相对置的第二面以及设置在所述第一面和所述第二面中的至少一个面的衍射结构，

在0℃至60℃的温度范围内并且在该温度范围内变化的所述光源的发光波长的范围内，当该准直透镜是单独的，从距所述第二面的距离为S1的位置P1发出的发散光射入所述第二面，在距所述第一面的距离为S2的位置P2成像时，设在0＜S1/S2≤50的范围内从位置P1发出的所述发散光在位置P2所成的像的波面像差的最小值为WF1，S1＝∞的平行光射入所述第二面时在位置P2所成的像的波面像差的最小值为WF2，满足WF1＜WF2的关系。

3.根据权利要求2所述的光扫描装置，其特征在于还包括：

外壳，支撑所述光源、所述准直透镜、所述圆柱透镜、所述偏光体以及所述扫描透镜，由热膨胀性的树脂成形，其中，

设温度T时所述光源的发光波长为λ(T)、所述光源的发光面与所述第一面的距离为So(T)、从所述光源发出的光线经由所述准直透镜而成像的点与所述第二面的距离为Si(T)、波长λ(T)时的所述准直透镜的焦距为f(λ(T)，T)，当将这些函数作为各温度的函数来对待时，设第一温度为T1，并设比该第一温度高出规定温度的第二温度为T2时，所述衍射结构，在0℃至60℃的温度范围内，满足以下关系：

f(λ(T1)，T1)＜f(λ(T2)，T2)，并且

Si(T1)＞Si(T2)。

4.根据权利要求2所述的光扫描装置，其特征在于：所述准直透镜的所述第一面具备负的光学能力。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的光扫描装置，其特征在于：

当将温度T时所述光源的发光波长设为λ(T)作为温度函数来对待时，在朝向所述被扫描面的主扫描方向的中心的光路中，温度T并且发光波长λ(T)情况下，所述扫描透镜的所述被扫描面侧的共轭点PT与由所述准直透镜单独生成的所述会聚光在所述被扫描面侧会聚的会聚点QT在0℃至60℃的温度范围内在同一位置上。

6.根据权利要求2所述的光扫描装置，其特征在于：所述光源为激光二极管。

7.根据权利要求2所述的光扫描装置，其特征在于：所述扫描透镜为一个扫描透镜。

8.一种图像形成装置，其特征在于包括：

像载体，承载静电潜像；以及

根据权利要求2至7中任一项所述的光扫描装置，将所述像载体的周面作为所述被扫描面照射光线。

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