带有温度补偿的准直透镜和使用该透镜的光学扫描装置制造方法及图纸

一种将来自光源的光束转变为基本平行的光束的准直透镜，包括：　　　　由单片塑料透镜制成的准直透镜，该透镜的一侧上形成有折射面，另一侧上形成有衍射面；以及　　　　该折射面和衍射面具有能够防止准直透镜的光焦度由于温度的改变而改变的预定光焦度。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在例如激光打印机的成像装置中成像时所用的光学扫描装置，更具体地，涉及一种准直透镜，其能够补偿使用过程中的温度改变，并因而不会导致焦距产生变化，以及一种使用该透镜的光学扫描装置。
技术介绍
通常，例如激光打印机或数字复印机的成像装置使用光学扫描装置在感光介质上形成图像。因此，光根据图像信号从光源射出，并在其穿过准直透镜和柱面透镜时被调制，从而周期性地在例如可旋转多角镜的偏光器上偏转。随着偏光器的反射光穿过f-θ透镜以光斑的形式聚焦在感光介质的表面上，进行图像记录。随着例如打印机的成像装置领域中不断的技术进步，具有小的F数或光斑的光学扫描装置的需求量持续上升。因此，已经研发了具有小的F数或光斑的光学扫描系统。但是，伴随具有小的F数或光斑的光学扫描系统出现一些问题，例如聚焦深度的减小，这会随后导致感光介质表面上的光斑尺寸随着温度的改变而变化。针对所述问题已近提出了一些改进的建议，包括适当地组合用于准直透镜和透镜镜筒的材料；适当地分配用于准直透镜的多个透镜的材料和光焦度(power)并使用衍射元件。但是，调整用于透镜和透镜镜筒的材料导致出现机械方面的限制，并且，目前为止，在实际设计和制造方法中尚未使用衍射元件。日本专利公开No.2002-6211公开一种适当地分配准直透镜的材料和光焦度的方法，其包括温度补偿透镜和使用该透镜的光学装置。图1示出使用JP2002-6211的温度补偿透镜的光学扫描装置的光源单元。参照图1，光源单元包括光源10、准直透镜20、光阑(diaphragm)30和构架40。光源10接收到电流后发出光束，其典型示例是激光二极管。准直透镜20包括至少一片正透镜和至少一片负透镜，两片以上的透镜是由不同的材料制成。以从发出光的准直透镜的一端开始的顺序，第i个透镜的材料的折射率为ni，ni相对温度升高dt的改变为dni/dt(1/℃)，第i个透镜的光焦度为i(1/mm)，可满足以下不等式不等式1Σi=lmφi(ni-1)dnidt≤0]]>在准直透镜20满足不等式1的条件下，由于正和负透镜的膨胀(expansion)彼此抵消，可以容易地补偿焦点。但是，根据上述专利公开，准直透镜20需要至少两个玻璃透镜、优选四个玻璃透镜，它们衍射率作为关键特征是不同的。因此，需要大量部件，装置的重量增加。结果，制造成本和装配步骤都增加。因此，对能够响应环境温度的升高而补偿焦点的准直透镜有不断的需求。
技术实现思路
因此，本专利技术的一方面提供一种准直透镜，其中，焦距即使在环境温度改变的情况下也不会改变。本专利技术的另一方面提供一种准直透镜，利用该准直透镜，可以以合理的价位制造生产光学扫描装置。通过提供一种将光源发出的光束变为平行光的准直透镜来实现前述和/或本专利技术的目的，该准直透镜由单片塑料透镜形成，所述单片透镜在其一侧上形成折射面、在其另一侧面上形成衍射面，该折射面和该衍射面具有预定的光焦度，以防止准直透镜的光焦度由于温度的变化而改变。本专利技术除此之外的方面和优点将部分地在随后的说明中提出，或从说明中显然可得或者通过对本专利技术的实践而习得。准直透镜和准直透镜的衍射面具有正光焦度。折射面和衍射面具有能够满足如下条件的光焦度-3≤KdKr≤-2]]>其中，Kd为衍射面的光焦度，而Kr为折射面的光焦度。折射面和衍射面的光焦度满足以下条件 KdKr=-(2n+(n+1)(n2+2))4n]]>其中，Kd为衍射面的光焦度，而Kr为折射面的光焦度，n为构成准直透镜的材料的折射率。根据本专利技术的另一方面，折射面和衍射面中的至少一个设置为非球面。根据本专利技术的另一方面，提供一种光学扫描装置将来自光源的光束向预定的方向投射，并将光束汇聚在感光介质上。光学扫描装置包括用以将来自光源的光束变为基本平行光束的准直透镜，该透镜由单片塑料透镜形成，在其一侧面上形成有反射面，在其另一侧面上形成有衍射面，其中，衍射面和折射面具有预定的光焦度，从而防止准直透镜的光焦度由于温度的变化而改变。该光学扫描装置包括将准直透镜在次扫描方向上的光分量汇聚成主扫描方向上的基本线性光束的柱面透镜；偏转来自柱面透镜的光束的偏光器；以及，将来自偏光器的反射光束汇聚在感光介质上的f-θ透镜。在具有如上结构的根据本专利技术一方面的温度补偿准直透镜中，当温度改变时，准直透镜的焦距保持不变。而且，由于准直透镜由单片塑料透镜制成，该准直透镜重量轻，所以，可以以更低的成本制造光学扫描装置。附图说明通过以下结合附图对本专利技术优选实施例的描述，本专利技术的上述和/或其他方面和优点将会变得明了，并易于理解，附图中图1为传统准直透镜的剖视图；图2为温度补偿准直透镜和光源的布局的视图；图3为示出使用图2所示温度补偿准直透镜的光学扫描装置的主要特征的概要视图。具体实施例方式现在参照附图详细说明本专利技术的优选实施例，其示例示出在附图中，其中，相同的附图标记通篇指代相同的元件。图2中示出了光源50和准直透镜60，该准直透镜将来自光源50的光束52变为基本平行的光束。并且设置光阑70，其限制汇聚在准直透镜60上的光的亮度或已经变为基本平行光束的光的亮度。准直透镜60由塑料制成，并由单片的透镜形成，这和传统的由两片以上的透镜组合的情况不同。准直透镜的一个表面62的形状被形成为反射面，而相对表面64的形状被形成为衍射面。反射面62和折射面64两者都可以被设置成球面的或者非球面的。如此形成准直透镜60的反射面62和衍射面64的形状，从而使得各个面62、64的光焦度满足下式不等式2-3≤KdKr≤-2]]>其中，Kd为衍射面64的光焦度，而Kr为折射面62的光焦度。该光焦度指的是焦距的逆值(inverse of the focal distance)。根据不等式2，可以通过等式3得到准直透镜60的折射面和反射面62、64的光焦度的比值。等式3KdKr=-(2n+(n+1)(n2+2))4n]]>其中，Kd为衍射面64的光焦度，而Kr为折射面62的光焦度，n为构成准直透镜60的材料的折射率。只要能够满足不等式2，可以将准直透镜60的折射面62和衍射面64的形状形成为球面的或非球面的。可以利用金刚石车床或刻线机采用切刻的方法形成衍射面64的形状，但是也可以通过光蚀刻或激光束切刻的方法形成其形状。可将满足不等式2的、准直透镜60的折射面62和衍射面64的光焦度和光焦度比列在下表中表1 在表1中，d指代准直透镜60的中心厚度，Kt指代准直透镜60的总光焦度，Kd指衍射面64的光焦度，Kr指代折射面62的光焦度，n是构成准直透镜60的材料的折射率。参照图1所示的第一和第二实施例，可以得知，当准直透镜60具有正光焦度时，衍射面64具有正光焦度，且衍射面64的光焦度大于折射面62的光焦度，两者之间的差异处于不等式2所描述的范围之内。下文将说明根据本专利技术一方面的、对由于温度变化而引起的准指透镜60的焦距变化的补偿。入射到准直透镜60的折射面62上的光束在穿过折射面62时被折射，在穿过衍射面64时被衍射。如果准直透镜60的周围存在温度升高，并且折射面62的焦距因此而发生改变，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：金亨洙，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：