TW201007208A - Two optical elements fθ lens of MEMS laser scanning unit 3 - Google Patents
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Description
201007208 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關-種微機電雷射掃描裝置之二片式历鏡片，特 別指-種料修正呈諧性運動之微機電反射鏡*產生隨時間成 正弦關係之角度變化量，以達成雷射掃喊置所要求之線性掃描 效果之二片式扭鏡片。
【先前技術】 目前雷射光束印表機LBP(Laser Beam Print)所用之雷射掃描 裝置LSU(Laser Scanning Unit) ’係利用一高速旋轉之多面鏡 (polygon mirror)以操控雷射光束之掃描動作啦微以謹 scanning) ’ 如美國專利 US7079171、US6377293、US6295116，或 如台灣專利1198966所述。其原理如下簡述：利用一半導體雷射發 出雷射光束〇361^60111)，先經由一準直鏡((；〇1^11对〇1>)，再經由一光 圈（aperture)而形成平行光束，而平行光束再經過一柱面鏡
(cylindrical lens)後’能在副掃瞄方向(sub scanning difecti〇n)之 γ 軸 上之寬度此沿著主掃描方向(main scajmjjjg directi〇n)之X轴之平行 方向平行聚焦而形成一線狀成像(line image)，再投射至一高速旋 轉之多面鏡上，而多面鏡上均勻連續設置有多面反射鏡，其恰位 於或接近於上述線狀成像(line image)之焦點位置。藉由多面鏡控 制雷射光束之投射方向，當連續之複數反射鏡在高速旋轉時可將 射至一反射鏡上之雷射光束延著主掃描方向(χ轴)之平行方向以 同一轉角速度(angular velocity)偏斜反射至一 ίθ線性掃描鏡片上， 而扭線性掃描鏡片係設置於多面鏡旁侧，可為單件式鏡片結構 (Single_element scanning lens)或為二件式鏡片結構。此扭線性掃描 201007208 * 鏡片之功能在於使經由多面鏡上之反射鏡反射而射入fe鏡片之雷 射光束能聚焦成一橢圓型光點並投射在一光接收面 drum ’即成像面)上，並達成線性掃描(scgjmhg此伽办)之要求。 然而，習用之雷射掃瞄裝置LSU在使用上會有下列問題： ⑴、旋轉式多面鏡之製作難度高且價格不低，相對增加LSU 之製作成本。
(2) 、多面鏡須具高速旋轉(如40000轉/分)功能，精密度要求 又高，以致一般多面鏡上反射面之鏡面γ軸寬度極薄，使習用LSU ❻中均需增設一柱面鏡(cylindrical lens)以使雷射光束經過柱面鏡能 聚焦成一線(Y轴上成一點)而再投射在多面鏡之反射鏡上，以致增 加構件成本及組裝作業流程。 (3) 、習用多面鏡須高速旋轉(如400⑻轉/分），致旋轉噪音相 對提高，且多面鏡從啟動至工作轉速須耗費較長時間，增加開機 後之等待時間。 (4) 、習用LSU之組裝結構中，投射至多面鏡反射鏡之雷射光 束中心轴並非正對多面鏡之中心轉軸，以致在設計相配合之历鏡 ® 片時’需同時考慮多面鏡之離轴偏差(off axis deviation)問題，相對 增加扭鏡片之設計及製作上麻煩。 .近年以來，為了改善習用LSU組裝結構之問題，目前市面上 開發出一種擺動式(oscillatory)的微機電反射鏡，用 以取代習用之多面鏡來操控雷射光束掃描。微機電反射鏡為轉矩 振盪器（torsionoscillators)’其表層上附有反光層，可藉由振盪擺 動反光層，將光線反射而掃描，未來將可應用於影像系統（imaging system )、抑^器(scanner)或雷射印表機(iaser 之雷射掃描裝 置(laser scanning unit ’ 簡稱 LSU)，其掃描效率(Scaling efficiency) 201007208 • 將可南於傳統的旋轉多面鏡。如美國專利US6,844,951、 US6,956,597 ’係產生至少一驅動訊號，其驅動頻率趨近複數微機 電反射鏡之共振鮮，H驅動訊細雜機電反射鏡以產生 一掃瞄路徑、US7,064,876、US7，184，187、US7，190,499、 US2〇〇6/〇ll3393，或如台灣專利^心划33，其係於一 模 組結構中準直鏡及f〇鏡片之間，微機電反射鏡取代習用旋 轉式多面鏡’藉以㈣f射光束之投射方向；或如日本專利正 2⑻6_2()135()等。此微機電反射鏡具有元件小’轉動速度快，製造 成本低的優點。然:而由於微機電反射鏡，在接收-電壓驅動後， 將作簡譜運動，且此簡譜運動咖丨如)之方式為時間與 角速度呈正關係，而投射賴魏反機，其經反射後之反射 角度Θ與時間t的關係為： ^(t) = 0S ύη(2π· f -t) ^ . ⑴ 、中· f為微機電反射鏡的掃描頻率；$為雷射光束經微機電 反射鏡後，單邊最大的掃描角度。 因此’在相_時關隔下〜，所對應的反射角度係與時間 成正弦函數(Sinusoidal)變化，即在相同時間間隔△崎，反 化為：丨卜钿〜厂⑼， 冉又變 “ ’而與時間呈非線性關係， 亦即當此反射的絲以獨角度投射在目標物時於相同時間間隔 内所產生的光點距離間隔並不相同而可能隨時間遞增或遞減。 、舉例而言，當微機電反射鏡之擺動角度位於正弦波之波峰及 波谷時’角度變化量將_間遞増或遞減，與習知之多面鏡成等 角速度轉動之運動方式不同，若使用習知之历鏡 反射鏡之雷麟峨置(LSU)上，輸練正織狀繼所2 之角度變化量’造成投射在成像面上之雷射光速將產生非等速率 201007208 知描現象而產生位於成像面上之成像偏差_。因此，對於微機電反 射鏡所構成的雷射掃描裝置，簡稱為微機電雷射掃描裝置(1^河8 LSU)，其特性為雷射光線經由微機電反射鏡掃描後，形成等時間 間隔不等角度的掃描光線，因此發展可使用於微機電雷射掃描裝 置的ίθ鏡片以修正掃描光線，使可在目標物上正確成像，將為迫 切所需。 【發明内容】 本發明之目的在於提供一種微機電雷射掃描裝置之二片式毋 鏡片，該二片式历鏡片由微機電反射鏡依序起算，係由一雙凸形 之第一鏡片及一雙凹形之第二鏡片所構成，可將微機電反射鏡所 反射之掃描光線於目標物上正確成像，而達成雷射掃瞄裝置所要 求之線性掃描效果。 本發明之另一目的在於提供一種微機電雷射掃描裝置之二片 式扭鏡片，係用以縮小投射在目標物上光點(spot)之面積，而達成 提高解析度之效果。 本發明之再一目的在於提供一種微機電雷射掃描裝置之二片 式扭鏡片，可畸變修正因掃描光線偏離光軸，而造成於主掃描方 向及副掃描方向之偏移增加，使成像於感光鼓之光點變形成類橢 圓形之問題’並使每一成像光點大小得以均勻化，而達成提升解 像品質(resolution quality)之功效。 因此’本發明微機電雷射掃描裝置之二片式扭鏡片，適用於 至少包含一將發射雷射光束之光源以共振左右擺動將光源發射之 雷射光束反射成為掃描光線之微機電反射鏡，以在目標物上成 像’對於雷射印表機而§ ’此目標物常為感光鼓，即，待成 201007208 像之光點經由光源發出雷射光束，經由微機電反射鏡左右掃描， 微機電反射鏡反射雷射光束形成掃描光線，掃描光線經由本發明 之二片式ίθ鏡片修正角度與位置後，於感光鼓上形成光點(Sp〇t)， 由於感光鼓塗有光敏劑，可感應碳粉使其聚集於紙上，如此可將 資料列印出。 本發明之二片式扭鏡片包含由微機電反射鏡依序起算之一第 一鏡片及一第二鏡片，其中第一鏡片具有一第一光學面及一第二 ❹ ❹ 光學面，第一光學面與第二光學面，在主掃描方向至少有一個光 學面為非球面所構成，係主要將呈簡諧運動之微機電反射鏡，在 成像面上光點間距由原來隨時間增加而遞減或遞增的非等速率掃 描現象’修正為等速率掃描，使雷射光束於成像面之投射作等速 率掃描。第二鏡片具有一第三光學面及一第四光學面第三光學 面與第四光學面，在主掃描方向至少有—個光學面為非球面所 成，主要用以均勻化掃瞒絲於主掃描方向及副掃描方向 2轴而造成於絲鼓上軸雜偏差，麟第—鏡片之掃 修正聚光於目標物上。 尤線 【實施方式】 之照圖1，為本發曝機電雷射掃描裝置之二片式扭鏡片 二發明微機電雷射掃描裝置之二片式fe鏡 ’、有第光予面1313及一第二光學面131b之笛一μ η與—具有-第三光學面咖及—第四光學面132b之: 裝^要包含-雷射光源丨丨、-微機電反描 -先電感測器14a、14b ’及__光之目標物。在圓中鏡目標 201007208 • 物係以用感光鼓(Mm)丨5來實施。雷射光源11所產生之光束in 通過柱面鏡16後，投射到微機電反射鏡1〇上。而微機電反射鏡 ίο以共振左右擺動之方式，將光束U1反射成掃瞄光線113a、 113b、114a、114b、115a、115b。其中掃瞄光線 n3a、113b、114a、 114b、115a、115b在X方向之投影稱之為副掃描方向㈣scgnning direction) ’在Y方向之投影稱之為主掃描方向扣也 direction) ’而微機電反射鏡10掃描角度為0c。 請參照圖1及圖2，其中圖2為一微機電反射鏡掃描角度θ ❹與時間t之關係圖。由於微機電反射鏡1〇呈一簡諧運動，其運動 角度隨時間呈一正弦變化，因此掃瞄光線之射出角度與時間為非 線性關係。如圖示中的波峰a-a，及波谷b_b，，其擺動角度明顯小於 波段a-b及a’-b’，而此角速度不均等的現象容易造成掃描光線在 感光鼓15上產生成像偏差。因此，光電感測器14a、14b係設置 於微機電反射鏡10最大掃描角度±0C之内，其夾角為±θρ，雷射光 束由圖2之波岭處開始被微機電反射鏡10所反射，此時相當於圖 1之掃描光線115a ;當光電感測器14a偵測到掃描光束的時候， ❹ 表示微機電反射鏡10係擺動到+θρ角度，此時相當於圖1之掃描 光線114a，當微機電反射鏡10掃描角度變化如圖2的a點時，此 時相當於知描光線113a位置；此時雷射光源η將被驅動而發出 雷射光束111 ’而掃描至圖2的b點時’此時相當於掃描光線113b 位置為止(相當士θη角度内由雷射光源11發出雷射光束m);當微 機電反射鏡10產生反振時，如於波段a’-b’時由雷射光源丨丨被驅 動而開始發出雷射光束111 ;如此完成一個週期。 請參照圖1及圖3’其中圖3為通過第一鏡片及第二鏡片之掃 描光線之光學路徑圖。其中，±θη為有效掃描角度，當微機電反射 201007208 • 鏡10之轉動角度進入士θη時’雷射光源11開始發出雷射光束1U， 經由微機電反射鏡10反射為掃瞄光線，當掃瞄光線通過第一鏡片 131時受第-鏡片131之第-光學面13la與第二光學面⑽折 射，將微機電反射鏡10所反射之距離與時間成非 光線轉換成距離與時間為線性關係之掃描光線。當掃描光線通過 第一鏡片131與第二鏡片132後，藉由第一光學:131\、第二光 學面131b、第二光學面132a、第四光學面132b之光學性質，將 掃描光線聚焦於感光鼓15上，而於感光鼓15上形成一列的光點 (Spot) 2。於感光鼓15上，兩最遠光點2之間距稱為有效掃描視窗 3。其中，山為微機電反射鏡10至第一光學面131&之間距、七為 第-絲面131a至第二光學面13lbHd3為第二光學面隱 至第三光學面132a之間距、山為第三光學面132a至第四光學面 132b之間距、山為第四光學面132b至感光鼓15之間距、&為第 一光學面131a之曲率半徑(Curvature)、R2為第二光學面131b之曲 率半徑、&為第三光學面ma之曲率半經及&為第四光學面拠 之曲率半徑。 © 請參照圖4，為掃描光線投射在感光鼓上後，光點面積(spot area)隨投射位置之不同而變化之示_。當掃猫光線U3a沿光轴 方向透過第-鏡片131及第二鏡片132後投射在感光鼓15時，因 入射於第-鏡片131及第二鏡片132之角度為零，於主掃描方向 所產生之偏移率是零，因此成像於感光鼓ls上之光點％為一類 圓形。當掃描光線113b&113c透過第一鏡片131及第二鏡片132 後而投射在感光鼓時，因入射於第一鏡片131及第二鏡片132 與光軸所形成之㈣不為零，於主掃描方向所產生之偏移率不為 零’而造成於主掃描方向之投影長度較掃描光線111a所形成的光 201007208 . 點為大；此情形在副掃描方向也相同，偏離掃描光線nia之掃描 光線所形成的光點，也將較大；所以成像於感光鼓15上之光點 2b、2c為一類橢圓形，且2b、2c之面積大於2a。其中，Sa〇與Sb〇 為微機電反射鏡10反射面上掃瞒光線的光點在主掃描方向(Y方 向)及副掃描方向(X方向)之長度、Ga與Gb為掃瞄光線之高斯光束 (Gaussian Beams)於光強度為13.5%處在Y方向及χ方向之光束半 徑，如圖5所示，圖5中僅顯示Υ方向的光束半徑之說明。 縱上所述，本發明之二片式扭鏡片可將微機電反射鏡1〇反射 ❹之掃描光線，將高斯光束之掃描光線進行畸變(distortion)修正，及 將時間-角速度之關係轉成時間-距離之關係。在主掃描方向與副掃 描方向’掃描光線在X方向與γ方向之光束半徑經過历鏡片的各 角度一定的放大率，於成像面上產生光點，以提供符合需求的解 析度。 為達成上述功效，本發明二片式伤鏡片在第一鏡片131的第 一光學面131a或第二光學面132a及第二鏡片132的第三光學面 132a或第四光學面132b ’在主掃描方向或副掃描方向，可使用球 ❹面曲面或非球面曲面設計’若使用非球面曲面設計，其非球面曲 面係以下列曲面方程式： 1 ·松像曲面方程式(Anamorphic equation) Z =——___(Cx)^2+(Cy)y2 r ,
Br [(1 - BP)X2 + (! + Bp)y2j + Cr [(1 _ Cp)x2 + (1 + + ^[0-^)^+(1 + ^)72]5 (2) 其中Z為鏡片上任一點以光軸方向至〇點切平面的距離 (SAG); c,與分別為χ方向及γ方向之曲率(c__ 4與〜 12 201007208 ， 为別為X方向及Y方向之圓錐係數(Conic coefficient); 4q 與A?分別為旋轉對稱(rotationally symmetric portion)之四次、六 一人、八次與十次幂之圓錐變形係數(deformation from the conic); 4、〜、與 分別非旋轉對稱 components)之分別為四次、六次、八次、十次幂之圓錐變形係數 (defomiation from the conic) \ tcx=cr Kx=Ky3.AP=Bp=cp=Dp=o 則簡化為單一非球面。 2 .環像曲面方程式(Toric equation) Ο 7-，， （C權2
l + ^-iCxyYF CXy~ {MCx)-Zy 7 ‘ iCy)Y2
Zy = i+^-(l + KyX^F + B^ * + V1。⑶ 其中，z為鏡片上任一點以光轴方向至❻點切平面的距離 (SAG); ^與^分別Y方向與X方向之曲率(curvature);尺為γ 方向之圓錐係數(Conic coefficient);牟、尽、尽與Aq為四次、六 次、八次、十次冪之係數(4th〜10th order c〇effldents) def_atiQn fromtheconic);當且心=4=5p=Cp=Z)p=〇則簡化為單一球 面。 為能使掃描光線在目標物上之成像面上維持等掃描速度，舉 例而言，在兩個相同的時間間隔内，維持兩個光點的間距相等； 本發明之二片式伤鏡片可將掃描光線113a至掃描光線113b之 間’藉由第-鏡片131及第二鏡片132進行掃描光線出射角之修 正，使相同的時間間隔的兩掃描光線，經出射角度修正後，於成 像的感光鼓15上形成的兩個光點的距離相等。更進一步，當雷射 光束in經由微機電反射鏡10反射後，其高斯光束半徑仏與Gb 13 201007208 • 較大，如果此掃描光線經過微機電反射鏡l〇與感光鼓15之距離 後，高斯光束半徑Ga與Gb將更大，不符合實用解析度要求；本 發明之二片式ίθ鏡片進一步可將微機電反射鏡1〇反射的掃描光線 113a至掃描光線113b之間形成Ga與Gb較小的高斯光束，進行 聚焦於成像的感光鼓15上產生較小的光點；再者，本發明之二片 式历鏡片更可將成像在感光鼓15上的光點大小均勻化（限制於— 符合解析度要求的範圍内），以得最佳的解析效果。 本發明之二片式ίθ鏡片包含，由微機電反射鏡10依序起算， ❹為一第一鏡片131及第二鏡片132’均為雙凸形之鏡片所構成其中 第一鏡片131具有第一光學面131a及第二光學面131b，係將微機 電反射鏡10反射之角度與時間非線性關係之掃描光線光點轉換成 距離與時間為線性關係之掃描光線光點；其中第二鏡片132具有 第三光學面132a及第四光學面132b，係將第一鏡片131之掃描光 線修正聚光於目標物上；藉由該二片式历鏡片將微機電反射鏡1〇 反射之掃描光線於感光鼓15上成像；其中，第一光學面131a、第 二光學面131b、第三光學面132a及第四光學面132b在主掃描方 ® 向至少有一個為非球面所構成之光學面、第一光學面131a、第二 光學面131b、第三光學面132a及第四光學面132b在副掃描方向 可至少有一個為非球面所構成之光學面或在副掃描方向均使用球 面所構成之光學面。更進一步，在第一鏡片131及第二鏡片132 構成上，在光學效果上，本發明之二片式扭鏡片，在主掃描方向 進一步滿足式(4)〜式(5)條件： ι·6<Ά+4<2.5 (4)
J{W _2.〇<-^-<-1.〇 (5) 201007208 或，在主掃描方向滿足式(6) 〇-2 <Λ,<〇.4 ⑹ J{\)y ^(2)y 且在副掃描方向滿足式⑺
⑩ 其中’ fi^Y為第一鏡片131在主掃描方向之焦距、f(2)Y為第二 鏡片132在主掃描方向之焦距、山為θ=0。第一鏡片131目標物側 光學面至第二鏡片132微機電反射鏡10側光學面之距離、山為 θ=0°第二鏡片132厚度、山為θ=0。第二鏡片132目標物侧光學面 至目標物之距離，fsx為二片式扭鏡片在副掃描方向之複合焦距 (combination focal length)、fsY為二片式扭鏡片在主掃描方向之複 合焦距、Rix第i光學面在副掃描方向的曲率半徑；Riy為第i光學 面在主掃描方向的曲率半徑；叫丨與灿為第一鏡片131與第二鏡 片 132 之折射率(refraction index)。 再者，本發明之二片式扭鏡片所形成的光點均一性，可以掃 描光線在感光鼓15上之光束大小的最大值與最小值的比值§表 示’即滿足式(8): ⑻
max(Sb.SJ 更進一步，本發明之二片式扭鏡片所形成的解析度，可使用 Tlmax為微機電反射鏡1〇反射面上掃瞄光線的光點經掃描在感光鼓 15上光點最大值的比值與η_為微機電反射鏡1〇反射面上掃晦光 線的光點經雜在感級15上絲最小值的錄絲示 足式(9)及(10)， ^ 15 201007208 ^7min maxH) minH) :0.10 <0.10 (9)(10) 其中，Sa與Sb為感光鼓15上掃瞒光線形成的任一個光點 在γ方向及X方向之長度、δ為感光鼓15上最小光點與最大 © ❹ =練、η為微機電反射鏡1G反射面上御光線的光點與感 光鼓5上光點之比值，^與^為微機電反射鏡1()反射面上 猫光線的光點在主掃描方向及副掃描方向之長度。 娜 一為使本發蚊加明確詳實，㈣舉概實酬並配合下列 圖示’將本發明之結構及其技術特徵詳述如後： 本發明以下所揭示之實施例，乃是針對本發餐機電雷射掃 描裝置之二片式1¾鏡片之主要構成元件而作說明，因此本發明以 下所揭示之實施例雖是應用於―微機電雷射掃描裝置中，但就一 般具有微機電雷卿描裝置而言，除了本發日骑揭示之二片式份 鏡片外’其他結構乃屬一般通知之技術，因此一般在此領域中熟 悉此項技藝之人士瞭解，本發明所揭示微機電雷射掃描裝置之二 片式ίθ鏡片之構成元件並不限制於以下所揭示之實施例結構，也 就是，微機電雷射掃描裝置之二片式扭鏡片之各構成元件是可以 進行許多改變、修改、甚至等效變更的，例如··第一鏡片⑶及 第-鏡>{ 132之曲率雜設計或面倾計、材質翻、間距調整 等並不限制。 <第一實施例> 清參閱圖3及圖6,其中圖6係為本發明通過第一鏡片及第二 16 201007208 * . 鏡片之掃描光線之實施例之光學路徑圖。本實施例之二片式ίθ鏡 片之第一鏡片131及一第二鏡片132,其中第一鏡片131a為雙凸 形之鏡片’其中第二鏡片132為一雙凹形鏡片所構成，在第一鏡 片131第一光學面131a與第二光學面131b、第二鏡片132第三光 學面132a與第四光學面132b均係為非球面，使用式(2)為非球面 公式設計。其光學特性與非球面參數如表一及表二。 ❹ 表一、第一實施例之ίθ光學特性 曲率半徑(mm) MEMS反射面R 0.00 26.23 (retraction index) 1 lens 1 R1 iAnamorohic) Rlx* -123.97 15.00 1.491757 Rly* 275.33 R2(Anamoiphic) R2x* -30.25 11.45 R2y* -39.80 lens 2 R3rAnamorohic、 R3x* 36.03 8.53 1.491757 R3y* -127.80 R4(Anamorphic) R4x* R4y* -92.40 82.47 109.50 威糸鼓(drurrORi 0.00 non 光學面 一 ❹ 17 201007208 表二、第一實施例之光學面非球面參數 橫像曲面方程式係數(Anamorphic equation coefficent) 光學面(optical surface)
Ky圓錐係數 4th次幂係數 6Λ次幂係數 8th次幂係數 10th次幂係數 (Conic Order Order Order Order
Coefficent) Coefficient (AR) Coefficient (BR) Coefficient (CR) Coefficient (DR) ♦ * ♦ R1R2R3R4 -2.2007E+01 -7.6338E-01 7.8416E+00 -7.8779E+00 -6.5965E-06 3.0048E-08 •5.0148E-06 -2.9418E-07 1.0782E-13 2.1961E-10 1.1356E-11 2.8385E-11
O.OOOOE+OO -1.2963E-09 -8.0222E-15 O.OOOOE+OO
O.OOOOE+OO 8.1727E-16 -5.5747E-09 O.OOOOE+OO 光學面(optical以因雜係數她次幂係數 次幂係數 8th次幂係數10th次幂係數 surfece) (C〇nic 0rder Order Order Older _Coefficent) Coefficient (AP) Coefficient 删 Coefficient (CP) Coefficient (DP、
Rl* O.OOOOE+OO -1.2187E+00 1.9174E+01 0.0000E+00 O.OOOOE+OO R2* 1.5561E+00 -3.1946E+00 -1.8428E-01 -1.0314E+00 -2.5299E-02 R3* 2.6734E+00 -6.1096E-01 1.0979E+00 4.3448E-01 -9.9696E-01
-—-0j)000E+00--5.6197E-01 -1.6934E-01 O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO 經由此所構成的二片式扭鏡片，f⑴^7.05、f(2)Y= _93 76 fsx=32.257、fsY=147(mm)可將掃描光線轉換成距離與時間為線士 之掃描光線絲’鑛微魏反繼1G ±光點^=19.434㈣）
Sb0=3972.24(_掃描成為掃描光線，在感光鼓15上進行聚焦，另 成較小的光點6 ’並滿足式(4)〜式(1G)之條件，如表三、感丨 =广，在Y方向距離中心軸作離㈣的光點之高 直徑(μιη)，如表四；且本實施例之光 ❹ 單位圓直徑為_麵。 刀布圖如圖7所不。圖中 18 201007208 . 表三、第一實施例滿足條件表 + d4 + d5 f(i)y d5 主掃描方向 fsy( (»dl I) , indl -1) 'my '(2)y 副掃描方向 5_vom{Sb-Sa) ❹ max〇VSfl) max{Sb-Sa) (Sb〇-Sa0) min(VD(n〇) 7,
Vmin (士-士)+(7 丁 及 3jt ^4x 1.9310 -1.1678 0.3071 1.2693 0.8884 0.0574 0.0510 表四、第一實施例感光鼓上光點高斯光束直徑的最大值 ^ -107.500 -98.223 -89.648 .53.905 ,35.87〇 .1?9〇6^
Max(2Ga,2Gb) 4.42E-03 3.42E-03 4.84E-03 4^3 4.41E-03 4.12E-03 3.39E-03 2.66E-03 Ο <第二實施例> 本實施例之二片式ίθ鏡片之第一鏡片131及一第二鏡片 132 ’其中第-鏡片131為雙凸形之鏡片，其中第二鏡片132為〜 雙凹形鏡片所構成，在第-鏡片131第一光學面·與第二 面服、第二鏡片132第三光學面咖、第二鏡片132第四 =132b 7為非球面’使用式(2)為非球面公式設計。其光 與非球面參數如表五及表六。 19 201007208 表五、第二實施例之fB光學特性 光學面 曲率半徑(mm) (optical surface) (curvature) d厚度(mm) (thickness) nd折射率 (refraction index) MEMS及射面R 0.00 18.58 1 lens 1 1.491757 R1 iAnamorohic、 Rlx* 235.60 15.00 Rly* -1411.53 R2iAnamorDhic') R2x* -29.04 9.25 R2y* -31.08 lens 2 1.491757 R3 fAnamorohic) R3x* 32.84 11.55 R3y* -101.85 R4fAnamorphic) R4x* -73.84 110.20 R4y* -7.53 感光鼓((1111111)115 0.00 0.00 ❹ 表六、第二實施例之光學面非球面參數
光學面(optical Ky圓錐係數 4th次幂係數 6th次幂係數 8th次幂係數 10th次幂係數 surface) (Conic Order Order Order Order Coefficent) Coefficient (AR) Coefficient fBR^ Coefficient iCR^ Coefficient iDW Rl* -3.9119E+04 -1.0492E-05 1.2645E-13 O.OOOOE+OO 0.0000Ε-ΚΚ) R2* 7.2963E-01 1.7208E-08 4.3096E-08 4.3096E-08 -1.0015E-15 R3* 5.9364E+00 -5.9996E-06 3.7530E-11 -3.0831E-14 2.1197E-09 R4* -7.5250E+00 2.1747E-07 1.0457E-07 O.OOOOE+OO O.0000E-K)O ❷
Kx圓錐係數 4th次幂係數 6th次幕係數 8tii次幂係數 10th次幂係數 (Conic Order Order Order Order **** ^幻幻114
Coefficent) Coefficient (AP) Coefficient (BP) Coefficient (CP) Coefficient (DP)
O.OOOOE+OO -1.2597E+00 2.0320E-K)1 0.0000E+00 O.OOOOE+OO 5.5063E-01 2.7329E+00 -1.3738E+00 -9.6289E-01 2.7778E-01 2.3121E+00 -5.6594E-01 2.8322E+00 1.7665E+00 -9.9133E-01 0.0000E+00 2.0987E-02 -1.0464F.+00 0.0000E+00 O.OOOOE-H)0 經由此所構成的二片式ίθ鏡片，f(1)Y= 60.299、-80.169、 fsX=27.399、fsY=145.725 (mm)可將掃描光線轉換成距離與時間為線 性之掃描光線光點，並將微機電反射鏡10上光點 20 201007208 a0 19.434(pm)、〜=3972.24(μηι)掃描成為掃描光線，在感光鼓 15上進行聚焦，形成較小的光點8，並滿足(4)〜式(10)之條件，如 表七；感光鼓15上以中心軸Ζ軸在Υ方向距離中心、轴γ距離( 的光點之高斯光束直徑(Mm) ，如表八；且本實施例之光點分布圖 如圖8所示。圖中，單位圓直徑為0.05mm。 表七、第二實施例滿足條件表 ^3 +^4
〇
2.1725 •1.3746 0.2945 1.2444 0.8510 0.0789 0.0671 主掃描方向 /V +i^id) /(1), /(2), 副罈描方向~ - -^-)+~ maxH) _ max(SA .S„) _ Ho) = mm(Sb.Sa) 酿 表八、第二實施例感光鼓上光點高斯光束直徑的最大值 Y -107.545 -98.226 -89.602 -71.765 -53.660 -35.621 -17.750 000〇
Max(2Ga,2Gb) 1.40E-02 1.49E-02 1.99E-02 3.27E-03 9.30E-03 2.04E-02 2 15E-02 8.17E-03 <第三實施例> 本實施例之二片式历鏡片之第一鏡片131及一第二鏡片 132,其中第一鏡片131為雙凸形之鏡片，其中第二鏡片132為〜 21 201007208 鏡t所構成，在第一鏡片131第—光學面131a與第二光學 而舰一鏡片132第三光學面132a、第二鏡片132第四光學 =2b均係為非球面，使用式(2)為非球面公式設計。其光學特性 與非球面參數如表九及表十。 表九、第三實施例之光學特性光學面 曲率半徑(mm) ?tical surfaceWcurvatiirt») MEMS及射兩R " 0.00 lens 1 Rl fAnamornhir) Rlx* -129.15 Rly* 307.34 R2(Anamorphic) R2x* -29.48 R2y* -39.22 lens 2 R3(Anamorphic) R3x* 34.60 R3y* -128.29 R4fAnamorphic^ R4x* -91.52 R4y* 80.87 感光鼓idrum)R5 0.00 d厚度(mm) ithickness^ 25.30 nd折射率 (refraction index) 1 1.527 12.84 12.63 1.527 6.80 108.56 *表示非球面 0.00 表十、第三實施例之光學面非球面參數
--橫像曲面方程式係數(Anamorphic equation coefficent)_ 光學面(optical Ky圓錐係數4th次幂係數 6th次幂係數8th次幂係數10th次幂係數 surface) (Conic Order Order Order Order --Coefficent) Coefficient (AR) Coefficient (BR^ Coefficient (CR) Coefficient (DR) Rl* -2.0131E+01 -6.4896E-06 1.0798E-13 0.0000E+00 0.0000E+00 R2* -7.5493E-01 2.860IE-08 -2.4534E-10 7.9465E-09 9.3036E-16 R3* 7.7107E+00 -5.3015E-06 9.5982E-12 3.7589E-01 -1.1163E+00 _ R4* -7.8405E+00 -3.1771E-07 2.9408E-11 0.0000E+00 O.OOOOE+OO 光學ftiortical ^圓錐係數她次幂係數 6也次冪係數她次幂係數 10*次幕係數 suriLe) (C〇niC Order Order Order Order ___Coefficent)_Coefficient (AP) Coefficient (BP1) Coefficient (CP) Coefficient (DP)
O.OOOOE+OO 2.6881E+00 4.2322E+00 O.OOOOE+OO -1.2181E+00 -2.7147E+00 -5.9523E-01 -6.4538E-01 1.9209E+01 -1.3602E-01 1.0789E+00 -2.0512E-02 O.OOOOE+OO -1.0031E+00 3.7589E-01 0.0000E-K)0
O.OOOOE+OO 3.2730E-03 -1.1163E+00 O.OOOOE+OO 22 201007208 經由此所構成的二片式fB鏡片，f(l)Y= 66 828、、 fsX=31.634、fsY=146.2% (mm)可將掃描光線轉換成距離與門 性之掃描光線光點，並將微機電反射鏡1〇上光B 7 = 19.434(μηι)、Sf 3972.24(㈣掃描成為掃描光線，在感光鼓 進行聚焦’形成較小的光點10 ’並滿足⑷〜式⑽之條件，如表十 -；感光鼓上财心、轴Z軸在γ方向距離巾心轴γ距離(的光 ❹ 點之高斯光束直縣tm)，如表十二；本實施例之光點分布圖如圖9 所示。圖中，單位圓直徑為〇.〇5mm。 表十一、第三實施例滿足條件表^ d% +ί/4 +ί/5 '(i)y
f(2)Y 主掃描方向 副掃描方向(· δ 'my '(2)y ❹ X minU) max(5j -Sa) = max(V5J ’（Sb0.Sa0) minQVD '(Sb0-Sa0) 1.9153 -1.1670 0.3249 1.286 0.8701 0.0626 0.0545 表十一、第二實施例感光鼓上光點高斯光束直徑的最大值 ~X -讎 12 观切·瞻〇 ^Γ：5遲：:677 ·17799—^
Max(2Ga,2Gb) 5.57E-03 7.53E-03 1.01E-02 l,39E-〇2 6.20E.〇3 7.21E-03 7.90E-03 <第四實施例> 本實施例之二片式ίθ鏡片之第一鏡片131及一第二鏡片 23 201007208 132,其中第-鏡片131為雙凸形之鏡片，其中第二鏡片132為一 雙凹形鏡片所構成’在第-鏡片m第-光學面131a與第二光學 面131b、第二鏡片132第三光學面132a係為非球面，使用式⑺ 為非球面公式設計；在第二鏡片132第四光學面13沘使用式( 為非球面公式設計。其光學特性與非球面參數如表十三及表十四 表十三、第四實施例之ίθ光學特性
光學面 曲率半徑(mm) (optical surface) (curvature) d厚度(mm) (thickness) nd折射率 (refraction index) MEMS及射面R 0.00 27.07 1 lens 1 1.52528 R1 fAnamorohic) Rlx* 124.92 15.00 Rly* 268.85 R2iAnamorohic>) R2x* -30.37 11.92 R2y* -39.70 lens 2 1.52528 R3fAnamorohic^ R3x* 36.01 8.00 R3y* -124.55 R4 (Y Toroid^ R4x -93.35 110.02 R4y* 83.27 感糸鼓fdrum)R5 ♦ ϋ db 0.00 0.00 24 201007208 表十四、第四實施例之光學面非球面參數 —逢像曲 ifi?万程式係數Toric equation Coefficient 光学面(optical Ky圚錐係數 surface) (Conic CoefFicent) 4tii次幂係數 6th次幂係數8th次幂係數 Order 〇«ier 〇rder Coefficient (B4) Coefficient roefficient (B8) l〇th次幂係數 Order Coefficient R4* -7.7731E+00 -2.z〇J8ii-〇7 4.7310E-11 -1.6814E-15 0.0000E-K)0 --贵像曲面式係數(Anamomhir eauation coefficent、 光学面(optical Ky圓錐係數 surface) (Conic Coefficent) 4th次幂係數 6th次幂係數8th次幂係數 Order Order 0rder Coefficient (AR) Coefficient (BR^ Coefficient (CR) 10th次幂係數 Order Coefficient (DR) Rl* R2* R3* -2.2196E+01 -7.6262E-01 8.3392E+00 -6.8210E-06 1.1015E-13 3.4729E-21 3.1643E-08 ·2.518 IE-10 -3.2273E-09 --4.9995E-06 6.6469E-12 -5 5045K-15 0.0000E+00 8.1560E-16 -5.5747E-09 光學面(optical surface) Kx圓錐係數 (Conic Coefficent) 4tl^-欠幂係數6th次幂係數8th次幂係數 Order . 〇rder ⑽枕 Coefficient (AP) Coefficient (BP) r〇efBcient (CP) l〇th次幂係數 Order Rl* R2* R3* -1.2623E+01 1.1201E+00 2.4829E+00 -1.2176E+00 1.9376E+01 -6.7799E-12 -3.3105E+00 -1.6281E-01 -9.5571E-01 -6.1236E-01 7.8226F-01 -2.1431E-01 0.0000E+00 -2.6576E-02 -9.9526E-01
經由此所構成的二片式ίθ鏡片，f(l)Y=67 743、f(2)Y= _94 854、 fsX=32.864、fsY=147.91 (mm)可將掃描光線轉換成距離與時間為線 性之掃描光線光點，並將微機電反射鏡1〇上光點sj= 19·434(μπι)、SbG=3972.24^m)掃描成為掃描光線，在感光鼓i5^ 進行聚焦，形成較小的光點12，並滿足(4>^式(1〇)之條件，如表十 Ο 五；感光鼓上以中心轴z轴在Y方向距離中心轴γ距離(mm)的光 點之高斯光束直徑㈣，如表十六；且本實施例之光點分布 圖10所示。圖中，單位圓直徑為0 05mm。 25 201007208 表十五、第四實施例滿足條件表
❹ dz +d4 ~l· d5 Aw J{2)Y 主掃描方向
fsY f(2)y 畐!J掃描方向(·^-- + τ-)/^ Λ1χ i?2x ·*^3λ minCV^) 廳H) _raax(Sb-Sa) —(Ho) _miWJ ~(Sb〇.Sa0) 2.1700 -1.3845 0.3278 1.1290 0.8634 0.0044 0.0038 表十六、第四實施例感光鼓上光點高斯光束直徑的最大值 Y -107-545 -98.226 -89.602 -71^7 -53.660 -1^Γ~：17.75〇 〇.〇〇〇 _Max(2Ga>2Gb) 4.58E-03 3.66E-03 4：34E-03 4.59E-03 3.16E-03 3.62E-Q3 3.32E-03 2.50E-03 藉由上述之實施例說明，本發明至少可達下列功效： ⑴，由本發明之二片式扭鏡片之設置，可將呈簡諧運動之微機 面上光點_由原來隨時間增加而遞減或遞 曰你等速率掃描現象，修正為等速率择描，使雷射光束於 鄰光速率掃描’使成像於目標物上形成之兩相 (2) 發明之二片式历鏡片之設置可畸變修正於主 得以::描方向掃描光線，使聚焦於成像的目標物上二 26 201007208 (3)==明之二片式ίθ鏡片之設置’可畸變修正於主掃描方 肖及副掃描方向掃描光線，使成像在目標物上的光點大小均 勻化。 以上所述僅為本發明的較佳實施例，對本發明而言僅是說明 性的，而非限制性的；本專業技術人員理解，在 所限定的精神和範圍内可對其進行許多改變，修改，甚 更，但都將落入本發明的保護範圍内。 ❹ 【圖式簡單說明】 圖1為本發明二片式扭鏡片之光學路徑之示意圖； 圖2為一微機電反射鏡掃描角度θ與時間t之關係圖； 圖為通過第-鏡片及第二鏡片之掃描光線之光學路徑圖及符號 說明圖； 圖4為掃描光線投射在感光鼓上後，光點面積隨投射位置之不同 〇 而變化之示意圖； 圖5為光束之高斯分佈與光強度之關係圖； 圖6為本發明通過第一鏡片及第二鏡片之掃描光線之實施例之光 學路徑圖； 圖7為第一實施例之光點示意圖； 圖8為第二實施例之光點示意圖； 圖9為第三實施例之光點示意圖；以及 圖10為第四實施例之光點示意圖。 27 201007208 . 【主要元件符號說明】 ίο:微機電反射鏡； II :雷射光源； III :光束； 113a、113b、113c、114a、114b、115a、115b :掃瞄光線； 131 :第一鏡片； 132 :第二鏡片； 14a、14b :光電感測器； fl ^ 15:感光鼓； 16 :柱面鏡； 2、2a、2b、2c :光點；以及 3:有效掃描視窗。
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Claims (1)
- 201007208 十、申請專利範圍： ♦種微，電雷射掃描裝置之二片式历鏡片，其係適用於一微機 電雷，掃#H該微機電雷射掃描裝置至少包含—用以發射光 束之光源、一用以共振左右擺動將光源發射之光束反射成為掃描 光線^微機電反射鏡、及一用以感光之目標物；該二片式历鏡 片2含，由該微機電反射鏡依序起算，係由一雙凸形之第一鏡片 及雙凹形之第二鏡片所構成，其中該第一鏡片具有一第一光學 ❹ 自及―®二絲面，該第-光學面與該第二光學面，在主掃描方 向至少有-個光學面為非球面所構成，係將該微機電反射鏡反射 之角度與時間非線性關係之掃描光線光點轉換成距離與時間為 線性關係之掃描紐光點；其巾該第二制具有—第三光學面及 :第:光學面，該第三光學面與該第四光學面，在主掃描方向至 少有=個絲面為非球面所構成，係將該第_鏡片之掃描光線修 正聚光於該目標物上；藉由該^式鏡#將該微機電反射鏡 反射之掃描光線於該目標物上成像。 2·如中料利細第1撕狀微機電雷轉描裝置之二片式历 罾 鏡片，在主掃描方向進-步滿足下列條件： J(l)Y -2.0<-A-<_1.0 ; J(2)Y 其中f^Y為該第一鏡片在主掃描方向之焦距、f(2)Y為該第二鏡 片在主掃描方向之焦距、山纟㈣。該第一鏡片目標物側光學面 至該第二鏡片微機電反射鏡侧光學面之距離、山為該第二鏡片厚 度、屯為θ=0。該第二鏡片目標物側光學面至該目標物之距離。 3·如申請專利顧第丨項所述之微機電雷射掃描裝置之二片式扭 29 201007208 • 鏡片，進一步滿足下列條件： 在主掃描方向滿足 〇-2 <+ <0.4 ； Λ” 少 J(2)y 在副掃描方向滿足 °‘8<Μγ 亡-(^斗1·6 ; 其中’f⑴γ與f(2)Y為該第-鏡片及該第二鏡片在主掃描方向之 焦距、fsX為二片式扭鏡片在副掃描方向之複合焦距、心為二 ❿ #式扭鏡#在主掃描方向之複合焦距、Rix為第i光學面在副掃 ，方向的曲率半徑、Riy為第i光學面在主·方向的曲率半 徑、ndl與nd2分別為該第一鏡片與該第二鏡片之折射率。 4.如申請專利範圍第i項所述之微機電雷射掃描裝置之二片式历 鏡片，其中最大光點與最小光點大小的比值滿足： 0.8< J = · max(Sb-Sa) 其中，Sa與Sb為一感光鼓上掃瞄光線形成的任一個光點在主掃 描方向及副掃描方向之長度、δ為該感光鼓上最小光點與最大光 點之比值。 5.如申請專利範圍第丨項所述之微機電雷射掃描裝置之二片式扭 鏡片’其中該目標物上最大光點的比值與在該目標物上最小光點 的比值分別滿足： 7„ (*Vsa0) <0.10 ; 其中’ Sa〇與Sbo為該微機電反射鏡反射面上掃瞄光線的光點在 30 201007208 ^掃描方向及副掃財向之長度、&與Sb為—感光鼓上掃磁光 、，形成的任-個光點在主掃描方向及副触方向之長度、w 為該微機電反射鏡反射面上掃瞄光線的光點經掃描在該目標物 上最大光點的比值、Tlmin為該微機電反射鏡反射面上掃猫光線的 光點經掃描在該目標物上最小光點的比值。
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