[发明专利]塑料光学元件和制备方法、光学扫描装置和图像形成设备

说明书

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。