CN1266512C - F－θ透镜及包括该透镜的激光扫描装置 - Google Patents

F－θ透镜及包括该透镜的激光扫描装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供F-θ透镜及包括该透镜的激光扫描装置。用于激光扫描装置的F-θ透镜包括：透镜体，用于将入射光聚焦到扫描表面上；以及脊，形成在透镜体的相对两侧上以保护该透镜体，其中所述脊相对透镜体的峰的高度具有可变的高度，使得在透镜体的凸起部分处脊比透镜体的峰更高，而在透镜体的凹陷部分处比透镜体的峰低。

Description

F-θ透镜及包括该透镜的激光扫描装置
技术领域
本发明涉及F-θ(F-theta)透镜及包括该透镜的激光扫描装置，更具体地，涉及具有用于保护F-θ透镜的有效部分的改进的脊结构的F-θ透镜以及包括该透镜的激光扫描装置。
背景技术
打印机，例如激光打印机，包括激光扫描装置，该激光扫描装置形成对应于通过将光辐照到光敏介质上而被打印的图像的静电潜像。典型地，这种激光扫描装置包括如图1所示的光学系统。参考图1，该光学系统包括发射激光的激光二极管100。准直透镜101将所发射的激光准直成平行一光轴。窄缝102安装在准直透镜101之前，以限制激光的传输。柱面透镜103将激光传输到光学多面体104。光学多面体104通过电动机105以均匀的旋转速度旋转，由此扫描穿过柱面透镜103的激光。具有预定折射率的F-θ透镜110使得被光学多面体104反射的光在一主扫描方向上极化，并补偿光行差，由此聚焦在一扫描表面上。图像形成反射镜107反射穿过F-θ透镜110的激光以便在感光鼓(photoreceptor drum)108表面上形成点状图像。光传感器106接收被同步信号探测反射镜109反射的激光，并进行水平同步。
日本专利公开第H5-188285号公开了一种F-6透镜，其利用形成在F-θ透镜的透镜体的相对两侧上并超过透镜体的高度沿F-θ透镜的长度方向以相同的高度延伸的两个脊。但是，这种F-θ透镜具有残余应力的问题。
图2为图1所示的F-θ透镜110的放大的侧视图以及沿线A-A’和B-B’截取的剖视图。参考图2，F-θ透镜110包括透镜体111，其将从光学多面体104入射的光聚焦到扫描表面上；以及脊112，其形成在透镜体111的相对两侧上以保护透镜体111。为了描述的清楚，透镜体111和脊112被分别示出，而实际上，F-θ透镜110由一个单体构成。
透镜体111为具有波状形状的透镜并包括介于两个凸起部分111a之间的凹陷部分111b。凹陷部分111b位于凸起部分111a之间的F-θ透镜的中心部分中，凸起部分111a比凹陷部分111b薄。F-θ透镜的光输入和输出表面分别为凸起的，光通过其进出透镜体111。
脊112以预定高度，例如1mm，在透镜体111的峰上延伸。脊112比F-θ透镜110的有效部分的表面高以便保护透镜体111，更具体地为通过激光的有效部分，当F-θ透镜110被保持在盒子内时防止被刮伤。
F-θ透镜110通常采用喷射成型由塑料材料制成，以便增加生产率并降低制造成本。图3示出了当F-θ透镜110采用喷射成型由塑料材料制成时由于模具在F-θ透镜110中产生的残余应力的模拟。参考图3，F-θ透镜110在冷却过程中在模具120内以预定比率向其中心收缩。F-θ透镜110的收缩率依赖于塑料材料的类型以及诸如喷射温度和喷射成型压力等制造条件，但保持在1％内。收缩率随成型厚度的增加而增加。当喷射成型后F-θ透镜110收缩时，当树脂向F-θ透镜110中心收缩时在透镜体111的相对两侧上延伸的脊112部分受到模具壁的限制，因此由于弯曲力矩产生的残余应力保持在透镜体111的边缘。结果，在透镜体111的相对两侧处透镜体111的形状的偏差大。
图4为示出在喷射成型后传统F-θ透镜的透镜体的残余应力的偏差的曲线图。该图在测量近似的基础上拟合。参考图4，透镜体111具有大约4mm的宽度并且在透镜体111的相对两侧处具有大的残余应力。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种包括相对F-θ透镜的透镜体而言具有可变高度的脊的F-θ透镜，由此减小F-θ透镜的喷射成型造成的有效部分的变形。
根据本发明的一个方面，还提供一种包括该F-θ透镜的激光扫描装置。
根据本发明的一个方面，用于激光扫描装置的F-θ透镜包括透镜体，其将入射光聚焦到扫描表面上，所述透镜体包括两个凸起部分和形成在两个凸起部分之间的凹陷部分；以及脊，形成在透镜体的相对两侧上，其中所述脊保护所述透镜体，并且相对透镜体的峰而言具有可变的高度。
根据本发明的一个方面，形成在凸起部分处的脊可以比透镜体的峰更高，而形成在凹陷部分处的的脊比透镜体的峰低。
根据本发明的一个方面，透镜体和脊形成为一体。
根据本发明的另一方面，激光扫描装置包括光源；准直透镜，其使光源发射的光准直成平行于一光轴；光学多面体，其扫描穿过准直透镜的光；电动机，其旋转该光学多面体；以及F-θ透镜，其将光学多面体反射的光聚焦到扫描表面上。这里，F-θ透镜包括传输来自光学多面体的光的透镜体和形成在透镜体的相对两侧上以保护透镜体的脊，其中所述透镜体包括两个凸起部分和形成在所述两个凸起部分之间的凹陷部分，所述脊相对透镜体的峰而言具有可变的高度。
本发明的其它方面和/或优点部分地将在下面的描述中给出，部分地由以下的描述是显而易见的或者可以通过实施本发明而获悉。
附图说明
通过结合附图描述实施例，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得明显和更易于理解，其中：
图1为传统激光扫描装置的光学系统的示意图；
图2为图1所示的F-θ透镜的放大侧视图和沿线A-A’和B-B’截取的剖视图；
图3示出了当F-θ透镜采用喷射成型由塑料材料制成时由于模具而在图2所示的传统F-θ透镜中产生的残余应力的模拟；
图4为示出喷射成型后图2所示的传统F-θ透镜的透镜体的残余应力的偏差的曲线图；
图5为根据本发明一实施例的用于激光扫描装置的F-θ透镜的示意性侧视图和沿线D-D’和E-E’截取的F-θ透镜的剖视图；
图6示出了当F-θ透镜采用喷射成型由塑料材料制成时图5所示的F-θ透镜的收缩的模拟；以及
图7为示出喷射成型后图5所示的F-θ透镜的透镜体的残余应力的偏差的曲线图。
具体实施方式
现在详细地参考本发明的实施例，其示例在附图中示出，其中相似的附图标记表示相似的元件。下面通过附图描述实施例以便解释本发明。
图5为根据本发明一个方面的用于激光扫描装置的F-θ透镜的示意性侧视图和沿线D-D’和E-E’截取的F-θ透镜的剖视图。参考图5，F-θ透镜210包括将从图1所示的光学多面体104入射的光聚焦到扫描表面上的透镜体211和形成在透镜体211的相对两侧上以保护透镜体211的脊212。为了描述清楚起见，透镜体211和脊212分别加以描述。但是，虽然脊212可以单独地形成，可以理解的是，根据本发明的一个方面，F-θ透镜210由通过喷射成型制成的单体组成。
透镜体211具有波形形状。透镜体211包括位于两个凸起部分211a之间的凹陷部分211b。凹陷部分211b位于凸起部分211a之间F-θ透镜210的中心部分，凸起部分211a比凹陷部分211b薄。通过其光进出透镜体211的F-θ透镜210的光输入输出表面分别是凸起的。可以理解的是，可以采用其它形状和/或数量的凹陷/凸起部分。
脊212具有与透镜体211相似的形状。在沿线D-D’截取的剖视图中，脊212比透镜体211高预定的高度(例如1mm)。在凸起部分处脊212比透镜体211的峰高，以便保护透镜体211，更具体地为通过激光的有效部分，防止当F-θ透镜210保持在一盒子中时被刮伤。
在沿线E-E’截取的剖视图中，形成在凹陷部分211b处的脊212与透镜体211的凹陷部分211b的相对两侧高度相同。当凹陷部分211b中的脊212比凹陷部分211b的峰低时，凹陷部分211b的峰从脊212凸出出来。但是，当F-θ透镜210被握持时，利用邻近凹陷部分211b的凸起部分211a的脊211可以防止透镜体211的凹陷部分211b直接接触外部物体。
根据本发明的一个方面，F-θ透镜210通常采用喷射成型由塑料材料制成，以便增加生产率并降低制造成本。但是，可以理解的是，可以采用其它材料和/或制造方法。
图6示出了当F-θ透镜210采用喷射成型由塑料材料制成时图5所示的F-θ透镜210的凹陷部分211b处的收缩的模拟。
参考图6，F-θ透镜210在冷却过程中在模具220内以预定比率向其中心收缩。F-θ透镜210的收缩率依赖于塑料材料的类型以及诸如喷射温度和喷射成型压力等制造条件。但是，收缩率大体上保持在1％内。收缩率随成型厚度的增加而增加。当喷射成型后F-θ透镜210收缩时，在形成得与透镜体211的凹陷部分211a的相对两侧一样高的脊212部分中，树脂以预定比率向F-θ透镜210的中心收缩。因此，收缩不象传统F-θ透镜那样受到模具壁220a的限制，因此，在透镜体211的边缘不会产生弯曲力矩造成的残余应力。
图7为示出喷射成型后图5所示的F-θ透镜210的透镜体的残余应力的偏差的曲线图。该图基于测量近似。参考图7，F-θ透镜210的透镜体211具有大约4mm的宽度并且在它的凹陷部分211b处几乎不具有残余应力。
同时，由于凹陷部分211b是F-θ透镜210的最厚的部分，所以F-θ透镜210的凹陷部分211b比凸起部分211a收缩得更多。根据本发明的一个方面，凹陷部分211b中的收缩错误可以被大大降低。此外，整个F-θ透镜210的树脂浓度的变化可以通过减少凹陷部分211b中树脂的量并增加凸起部分211a中树脂的量来降低。
在图6中，脊212与凹陷部分211b的相对两侧一样高。但是，可以理解的是，所述脊可以比凹陷部分211b的相对两侧低，以便进一步降低整个F-θ透镜210的树脂浓度的变化。
虽然按照用于打印的激光扫描系统来描述，可以理解的是，本发明可以用于其它装置和其它采用可变形状的透镜的领域。
根据本发明的上述方面，形成在透镜体的凸起部分的相对两侧上的直接与外部物体接触的脊比凸起部分的峰高，使得所述脊保护透镜体。此外，形成在比凸起部分厚的凹陷部分的相对两侧上的脊比凹陷部分的峰低，使得可以在喷射成型过程中降低由于凸起部分和凹陷部分之间树脂浓度变化造成的收缩错误。
尽管已经显示和描述了本发明的一些实施例，本领域技术人员可以理解的是，在不脱离本发明的原理和精神的情况下在实施例中可以做出变化，本发明的范围由权利要求书及其类似物来限定。

Claims (10)

1.一种用于激光扫描装置的F-θ透镜，该F-θ透镜包括：
透镜体，用于将入射光聚焦到扫描表面上，所述透镜体包括两个凸起部分和形成在所述两个凸起部分之间的凹陷部分；以及
脊，形成在透镜体的相对两侧上以保护该透镜体，
其中所述脊相对透镜体具有可变的高度。
2.如权利要求1所述的F-θ透镜，其中形成在每个凸起部分处的脊部分比对应于凸起部分处的透镜体的峰的高度高。
3.如权利要求2所述的F-θ透镜，其中形成在凹陷部分处的脊部分比对应于凹陷部分处的透镜体的峰的高度低。
4.如权利要求3所述的F-θ透镜，其中形成在凹陷部分处的脊部分比凹陷部分处的透镜体的相对两侧低。
5.如权利要求1所述的F-θ透镜，其中透镜体和脊通过喷射成型形成为一体。
6.一种激光扫描装置，包括：
发光光源；
准直透镜，用来使光源发射的光准直，使得所述光平行一光轴；
光学多面体，用来扫描穿过准直透镜的光；
电动机，用来旋转光学多面体；以及
F-θ透镜，用来将光学多面体反射的光聚焦到扫描表面上，
其中该F-θ透镜包括：
透镜体，用来传输来自光学多面体的光，所述透镜体包括两个凸起部分和形成在所述两个凸起部分之间的凹陷部分；以及
脊，形成在透镜体的相对两侧上以保护透镜体，所述脊相对透镜体对应于透镜体的峰的高度具有可变的高度。
7.如权利要求6所述的激光扫描装置，其中形成在每个凸起部分处的脊部分比对应于凸起部分处的透镜体的峰的高度高。
8.如权利要求7所述的激光扫描装置，其中形成在凹陷部分处的脊部分比透镜体的峰的高度低。
9.如权利要求8所述的激光扫描装置，其中形成在凹陷部分处的脊部分比透镜体的相对两侧低。
10.如权利要求6所述的激光扫描装置，其中透镜体和脊通过喷射成型形成为一体。
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