CN101311770A - 一种微机电摆动激光扫描装置及其组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种微机电摆动激光扫描装置及其组装方法，其包含一微机电光学控制模块、一前级扫描组、一后级扫描组与一外壳，微机电光学控制模块是包含一激光光源与一微机电摆动式反射镜，激光光源与微机电摆动式反射镜安排在目标面的对面侧的同一侧，前级扫描组的反射镜逆转方向，并沿着微机电摆动式反射镜的中心轴与摆动旋转轴所构成的平面射入微机电摆动式反射镜的中心点，使扫描激光束以对称在微机电摆动式反射镜中心轴的扫描方式进入后级扫描组的fθ镜片组，使目标面上的扫描光点大小以所述的中心轴为对称，可降低所述的装置组装的校准时间、提高精度，有效降低成本。本装置并可应用在单色或彩色的微机电射激光扫描装置。

Description

一种微机电摆动激光扫描装置及其组装方法

技术领域

本发明涉及的是一种微机电摆动激光扫描装置(MEMS oscillating LSU)及其组装方法，尤指一种使激光光源与微机电摆动式反射镜是安排在目标面的对面侧的同一侧，使激光束可通过前级扫描组的反射镜逆转方向，并沿着微机电摆动式反射镜的中心轴与摆动旋转轴所构成的平面射入微机电摆动式反射镜的中心点，再以对称在微机电摆动式反射镜中心轴的扫描方式进入后级扫描组的fθ镜片组。

背景技术

目前在激光扫描装置(LSU，laser scanning unit)大都使用一旋转多面镜(polygon mirror)以高速旋转来操控激光束的扫描，但由于旋转多面镜是用液压趋动，其转速限制、价格高、声音大、启动慢等因素，已逐渐无法符合高速且高精度的要求。近年来，转矩振荡器(torsion oscillators)虽已渐为人所知，但尚未大量应用在影像系统(imaging system)、扫描仪(scanner)或激光打印机(laserprinter)的激光扫描装置(laser scanning unit)，其主要的原因乃是转矩振荡器尚有共振频率稳定度(resonant frequency in stability)等问题尚未能完全解决，但利用转矩振荡器原理所开发的微机电摆动式反射镜(micro electronic mechanic systemoscillatory mirror，MEMS oscillatory mirror)，其扫描效率(Scanning efficiency)将可高在传统的旋转多面镜；由于微机电摆动式反射镜具有轻巧、微小、坚固与快速的共振频率的优点，再通过光学与微机电技术结合，以微机电摆动式反射镜取代旋转多面镜，将是众所期待的。

在激光扫描装置中，一微机电摆动式反射镜主要是由电路控制板、转矩振荡器与反射镜面构成，通过共振磁场趋动一镜面以Y轴为轴心以X方向来回摆动；当激光束射向微机电摆动式反射镜的镜面时，镜面通过随时间变化的转动角度，使得入射到微机电摆动式反射镜的镜面上的激光束，被反射到Z轴各种不同的角度上。由于微机电摆动式反射镜可以忽视光波长的影响，而可达到高分辨率和大转动角度的特点，故已被广泛应用如US5,408,352、US5,867,297、US6,947,189、US7,190,499、TWM253133、JP2006-201350等，如图1、图2所示。

在入射在旋转多面镜或微机电摆动式反射镜的激光束有下列二种安排方式，但各有其缺点与限制：

(1)、以斜向射入旋转多面镜或微机电摆动式反射镜如图1-4所示：如TWM253133、US7,184,187、US7,190,499、US2006/0050346与US6,956,597等，是将激光束以斜向直接聚焦在旋转多面镜或微机电摆动式反射镜上；如US2006/0033021，激光束经由反射镜后以斜向射入微机电摆动式反射镜。对于激光束以斜向射入旋转多面镜或微机电摆动式反射镜，有下列两个原因会造成激光束反射出去时产生偏差：一为激光束因组装时有装配公差，将会造成不同入射角度而经由旋转多面镜或微机电摆动式反射镜扫描后会产生扫描激光束的偏移，现有的方法解决的方式是要经过极精密与反复多次的调校，将激光光源射出的角度调整为一致，此将耗费很多时间与成本；二为由于激光束经由旋转多面镜反射后其扫描角度与时间关系为线性关系，但激光束经由微机电摆动式反射镜后其扫描角度与时间关系为非线性关系(non-linearity relationship)，参考图1-图4所示，激光束P1(可先经由前级扫描组的反射镜反射后)是以斜向射入微机电摆动式反射镜P2而反射扫描，而其扫描激光束P3再进入fθ镜片(或f-sinθ)P4后再投射至目标面P5上以进行线性扫描，由于扫描激光束P3进入fθ镜片(或f-sinθ)P4的中心轴P6的左侧与右侧的入射角度不同，此称为Y方向偏移如图4所示θ1≠θ2，现有fθ镜片常利用不同曲面去构成左半侧与右半侧不同的光学面，以尽量能缩小偏差，使能设计与制造一个能尽量达到线性化的fθ镜片来补救的如US6,330,524或TWI250781，但仍会产生歪斜(Skew)与弓状(Bow)的情形；再如US6,232,991尝试解决弓状(Bow)的现象，但相对增加fθ镜片制作的困难度与成本。

(2)、以正向射入旋转多面镜或微机电摆动式反射镜：在旋转多面镜的LSU的应用上如JP08-334716，激光光线经由反射镜后正向直射在旋转多面镜；如JP2006-276133、US6,690,498、US2007/0002446也以正向直射方式射入旋转多面镜；但由于旋转多面镜的多面镜(通常为六面镜)是设在其旋转轴心的外缘，如果激光光线以正向直射在旋转多面镜，旋转多面镜是以旋转中心旋转，镜面每一点距离旋转中心为不等距，致激光光线的光束的反射点将不在同一点上，即造成Y轴向的偏移；另在微机电激光扫描装置的应用上如US2006/0279826，虽将激光光线直接聚焦在微机电摆动式反射镜上，但其微机电摆动式反射镜为三角菱镜，激光光线的光束为一以光束中心呈高斯分布，其射入摆动的三角菱镜顶点，激光光线光束被摆动的三角菱镜上两不同角度的反射面反射成两个光束，但是三角菱镜的顶点会随着反射镜摆动而有位移，使得其反射后的光束会重新呈现新的高斯分布，且反射点与反射后的光束大小也都随着反射镜摆动而有所变化。

由于Y轴向偏移会造成光点在微机电摆动式反射镜中心轴的左右两侧的光点大小不对称，将造成扫描的左右两侧分辨率不同；若使用fθ(或f-sinθ)镜片去构成左半侧与右半侧不同的光学面以补偿的，但仍有歪斜(Skew)与弓状(Bow)的现象，如US6,232,991；而光点偏移则无法用fθ镜片光学面加以补偿。因此，发展一能解决Y轴向偏移与光点偏移的入射在微机电摆动式反射镜的方式，以构成高分辨率的激光扫描装置则为本发明的主要目的。

另对于应用在彩色打印机或扫描仪的激光扫描装置，有四个颜色，黑色(B。Black)、红色(M，Magenta)、黄色(Y，Yellow)与青绿色(C，Cyan)，需要有四组的扫描光学组件，如US2006/0279826使用二组的激光光源与二组的微机电摆动式反射镜、如TWI268867使用四组的激光光源与四组的微机电摆动式反射镜，由微机电摆动式反射镜成本高，有必要发展能仅使用一个微机电摆动式反射镜的彩色激光扫描装置。

再者，现有的激光扫描装置在各光学组件组装时，需要经过繁复的校准程序(calibration process)，通常先将激光光源装配后，再利用光学仪器在激光扫描装置上，将准直镜进行校准后装配；由于激光扫描装置体积小，以光学仪器在激光扫描装置上进行校准甚为耗时与不便，还在大量生产时，将造成时间的耗费与生产的瓶颈，实有必要改善的。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种微机电摆动激光扫描装置(MEMSoscillating laser scanning unit)，主要包含一微机电光学控制模块、一前级扫描组、一后级扫描组与一外壳，而所述的微机电光学控制模块是包含一激光光源与一微机电摆动式反射镜，其中所述的激光光源与微机电摆动式反射镜是安排在目标面的对面侧的同一侧，使激光束可通过前级扫描组的反射镜逆转方向，并沿着微机电摆动式反射镜的中心轴及其摆动旋转轴所构成的平面射入微机电摆动式反射镜的中心点，再以对称在微机电摆动式反射镜中心轴的扫描方式进入后级扫描组的fθ镜片组，使扫描激光束的光点大小能以微机电摆动式反射镜中心轴为对称，以简化fθ镜片组的设计的困难度并减少所述的装置的体积。

本发明再一目的在于，提供一种微机电摆动激光扫描装置的组装方法，其中所述的激光光源与微机电摆动式反射镜是布置在同一侧上，故可组合在同一电路板上，并可与准直镜先完成光学校准而形成一校准完成的模块，而可避免现有组装技术的反复校准程序，以降低组装所述的装置时的校准时间、提高精度与有效降低成本。

本发明所公开的微机电摆动式反射镜的激光扫描装置如图5-图11所示，主要包含一微机电光学控制模块1、一前级扫描组2、一后级扫描组3与一外壳4，其中，所述的微机电光学控制模块1包含一激光光源11、一微机电摆动式反射镜12、传感器14与一光学控制电路板13；所述的前级扫描组2包含一准直镜21、一柱面镜22与一反射镜23；本发明的主要特征在于：激光光源11与微机电摆动式反射镜12是安排在目标面5的对面侧的同一侧，使激光光源11射出激光光线111后，经过准直镜23将激光光线形成平行光线，再经柱面镜22聚焦而投射在反射镜23上如图5、图6所示；而反射镜23再将激光光线111逆转方向形成激光束112，使激光束112沿着微机电摆动式反射镜12的中心轴121(Z轴)及其摆动旋转轴123(Y轴)所构成的平面(Y-Z平面)射向并聚焦在微机电摆动式反射镜12的中心点122，再由微机电摆动式反射镜12将激光束112扫描形成扫描激光束113以进入后级扫描组3的fθ镜片组31(32)如图5、图7所示。

而上述的逆转方向，参考图5、图6、图7所示，乃是指从反射镜23至微机电摆动式反射镜12中心的激光光线112的光轴与从激光光源11经准直镜21或柱面镜22至反射镜23的激光光线111的光轴是位于同一Y-Z平面上，而不产生X轴向偏移。

所述的后级扫描组3包含fθ镜片组31(32)与溢位反射镜33(34)，其中所述的fθ镜片组31(32)将微机电摆动式反射镜12形成的扫描激光束导正成扫描角度与时间关系为线性化关系的显像激光束114，而在目标面5成像；溢位反射镜33、34是将超出目标面5成像范围的光束反射回微机电光学控制模块1，由传感器14(15)将此反射光束转变成电子信号，由微机电光学控制模块1进行信号处理与对外传输；又，所述的fθ镜片组31(32)可设计为一片式或二片式如包括一第一fθ镜片31与一第二fθ镜片32(如图所示)或复数片式结构；所述的溢位反射镜组33(34)可设计为一片式或二片式如包括第一溢位反射镜33与第二溢位反射镜34(如图6、7所示)或复数片式结构；所述的传感器14(15)为相对于溢位反射镜组33(34)的数目，其可设计为一片式或二片式如包括第一传感器14与第二传感器15(如图所示)或复数片结构，其可设计装配在微机电光学控制模块1上；外壳4可将各光学组件定位容纳，并与外界阻绝，以维持其相对位置与精度；由于上述fθ镜片组31(32)、溢位反射镜组33(34)、传感器14(15)与外壳4乃利用现有技术可设计完成者，且又非本发明的主要技术特征，故在此不再详述其内容。

对于微机电摆动式反射镜的有效半径(clear aperture)D与入射激光光线的光束半径(Beam size)d的关系如下：

$D=\frac{d}{\sin \left(\mathrm{\Φ}\right)},$

其中，Φ为激光束112与微机电摆动式反射镜12的夹角。

由于激光束112是以正面射向微机电摆动式反射镜12，即Φ角接近在90°，D接近在d。因此，微机电摆动式反射镜12的反射面可以制造很小。相对于，若激光光线是以斜向入射在微机电摆动式反射镜12，Φ角小于90°，微机电摆动式反射镜12的有效半径D将大于d，即，微机电摆动式反射镜12的反射面将不能缩小。

通过本发明所公开的微机电激光扫描装置，至少可达到下列优点：

(1)、因激光光线111由激光光源11射出后，经反射镜23逆转方向并以正向沿着微机电摆动式反射镜12的中心轴121(Z轴)及其摆动旋转轴123(Y轴)所构成的平面(Y-Z平面)射入微机电摆动式反射镜12的中心点122，其可免除斜向射入微机电摆动式反射镜12所造成的不对称情形，以减少因不对称所造成的光点变大或光学设计上的困难；

(2)、由于激光束112是以正向射向微机电摆动式反射镜12，因此所述的微机电摆动式反射镜12的有效半径(D)可较现有技术从斜面射入的微机电摆动式反射镜12的有效半径(D)还小，如此可降低微机电摆动式反射镜12的制造成本，还由于使用较小的微机电摆动式反射镜12有效半径，其重量减轻还可提高扫瞄频率；

(3)、因激光光源11与微机电摆动式反射镜12或传感器14(15)是安排在同一侧，其可组合在一光学控制电路板13上，以形成一个完整的微机电光学控制模块1，可简化制造、装配、维修等作业，还可有效地降低成本。

由于微机电光学控制模块1是包含一激光光源11、一微机电摆动式反射镜12、一光学控制电路板13与传感器14(15)等，因此可将控制电路与受控电路形成一个模块且安排在同一侧面，故本发明所公开的微机电摆动式反射镜的激光扫描装置的组装校准步骤如下：

第一步，将光学控制电路板13、激光光源11、微机电摆动式反射镜12、传感器14(15)，依据预先的角度与位置装配各组件，再将光学控制电路板13上的激光光源11与准直镜21以光学仪器校准，形成已校准完成的模块，此校准作业可不受限于激光扫描装置的体积，可快速方便完成；

第二步，将柱面镜22与准直镜21进行校准，以对准射在反射镜23上；

第三步，调整反射镜23的反射角度，使激光光线逆转方向，并校准而使激光束能沿着微机电摆动式反射镜12的中心轴121(Z轴)及其摆动旋转轴123(Y轴)所构成的平面(Y-Z平面)射入微机电摆动式反射镜12的中心点122；

第四步，调整fθ镜片组31(如第一fθ镜片31与第二fθ镜片32)的中心轴与微机电摆动式反射镜12中心轴校准，调整fθ镜片组31轴面与微机电摆动式反射镜12反射平面校准；

第五步，调整溢位反射镜组33(34)与传感器14(15)之间的位置校准，使激光光线能反射至光学控制电路板13上的传感器14(15)上。

通过本发明所公开的微机电摆动式反射镜的激光扫描装置组装方法如下，至少可达到下列优点：

(1)、因微机电光学控制模块1其上有激光光源11及其它各光学组件，可先行以原设计的位置安排在光学控制电路板13上；再以光学仪器将准直镜21与激光光源11校准；其余各组件则依据微机电光学控制模块1装配与校准，避免现有技术在组装时的反复校准，而予组装、校准能达方便与快速。

(2)、微机电光学控制模块1与准直镜23的校准，因不受限于激光扫描装置的体积，而采离线的预先校准成为预先校准后的模块，此离线完成的模块可快速在激光扫描装置组装；

(3)、对于彩色激光扫描装置，可通过复数组激光光源(11a～11d如图11所示)射出的激光光线经逆转后射在微机电摆动式反射镜12的安排，可仅使用一个微机电摆动式反射镜12而能达成四色扫描的目的，有效节省使用光学组件而达节省成本的目的。

附图说明

图1是现有一微机电激光扫描装置其激光束以斜向射入微机电摆动式反射镜而反射扫描的俯视示意图；

图2是现有另一微机电激光扫描装置其激光束以斜向射入微机电摆动式反射镜而反射扫描的立体示意图；

图3是现有微机电激光扫描装置中其激光束以斜向射入微机电摆动式反射镜的立体示意图；

图4是图3中微机电摆动式反射镜将激光束形成不对称扫描激光束的立体示意图；

图5是本发明第一实施例(单色)的一侧视示意图；

图6是图5中一局部(上半部)的俯视示意图；

图7是图5中一局部(下半部)的俯视示意图；

图8是图5实施例的立体示意图；

图9是图5中其激光束以正向射入微机电摆动式反射镜的立体示意图；

图10是图5中微机电摆动式反射镜将激光束形成对称扫描激光束的立体示意图；

图11是图5本发明第一实施例(单色)使用反射柱面镜的侧视示意图；

图12是本发明第二实施例(彩色)的一侧视示意图。

附图标记说明：1-微机电光学控制模块(MEMS Control Module)；11、11a～11d-激光光源(Laser Source)；111、111a～111d-激光光线(Laser Light)；112、112a～112d-激光束(Laser Beam)；113、113a～113d-扫描激光束(ScanningBeam)；114、114a～114d-显像激光束(Imaging Beam)；115、116-溢位扫描激光束(Over-range Beam)；12-微机电摆动式反射镜(MEMS Mirror)；121-中心轴；122-中心点；123-摆动旋转轴；13-光学控制电路板(Control PCB)；14-传感器(第一传感器)(Sensor，first Sensor)；15-第二传感器(Second Sensor)；2-前级扫描组(Pre-scan Module)；21、21a～21d-准直镜(Collimator Lens)；22、22a～22d-柱面镜(Cylinder Lens)；23、23a～23d-反射镜(Reflection Mirror)；24-反射柱面镜(Reflection Cylinder Lens)；3-后级扫描组(Post-scan Module)；31、31a～31d-fθ镜片组(第一fθ镜片)(fθLens，First fθLens)；32-第二fθ镜片(Second fθLens)；33-溢位反射镜组(第一溢位反射镜)(Over-range Mirror，First Over-rangeMirror)；34-第二溢位反射镜(Second Over-range Mirror)；4-外壳(Housing)；41-插槽(solt)；42-承座(pedestal)；5、5a～5d-目标面(Target)。

具体实施方式

以下结合附图，对本新型上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

参考图5-图11所示，本发明微机电摆动激光扫描装置包含一微机电光学控制模块1、一前级扫描组2与一后级扫描组3，其中所述的微机电光学控制模块1包含一激光光源11、一微机电摆动式反射镜12与一光学控制电路板13；所述的前级扫描组2包含一反射镜片23；所述的后级扫描组3包含一fθ镜片组31；为减少激光扫描装置的体积，且避免入射在微机电摆动式反射镜12产生不对称现象，本发明公开的主要特征在于：使激光光源11与微机电摆动式反射镜12布置在目标面5的对面同一侧，如使激光光源11与微机电摆动式反射镜12设置组装在同一光学控制电路板13上，以缩小激光扫描装置的体积，还还能以模块化方式来简化组装的复杂性。

激光光源11发射出激光光线111，经由前级扫描组2的反射镜片23逆转方向后如图5、6所示，以正向入射在微机电摆动式反射镜12的中心点122，也就是沿着微机电摆动式反射镜12的中心轴121(Z轴)与摆动旋转轴123(Y轴)所构成的平面(Y-Z平面)射入微机电摆动式反射镜12的中心点122如图5、7、9、10所示；由此，经由微机电摆动式反射镜12以Y轴(旋转轴123)为旋转轴而在X轴方向摆动后，可产生扫描激光束113如图7、11所示；扫描激光束113经由后级扫描组3的fθ镜片组31，可将扫描激光束113转换成为时间与角度的线性关系的显像激光束114，而射入目标面5：所述的fθ镜片组31可由不同需求目的，可设计为单件式fθ镜片(single scanning lens)，或二片式fθ镜片结构(double scanning lenses)，或多片式fθ镜片结构(multiple scanning lenses)。

对于本发明的激光扫描装置，本发明另公开其组装方法，包括下列步骤：

将激光光源11与微机电摆动式反射镜12以预先设计的位置设置装配在一光学控制电路板13上；

再校准反射镜23的反射角度使其激光光线111可逆转方向并沿着微机电摆动式反射镜12的中心轴121(Z轴)及其摆动旋转轴123(Y轴)所构成的平面(Y-Z平面)射入微机电摆动式反射镜12的中心点122；

再校准fθ镜片组31，使fθ镜片组31的中心轴与微机电摆动式反射镜12的中心轴121为同轴，并使微机电摆动式反射镜12的扫描平面可入射在fθ镜片组31。

由此，本发明的微机电激光扫描装置构造简单、组装方便、且扫描光点对称，可应用在单色的激光扫描装置如第一实施例如图5-图11所示，也可轻易扩展使用在彩色的激光扫描装置如第二实施例如图12所示：

<第一实施例>

如图5-图11所示，其是本发明用在单色激光打印机或扫描仪的微机电激光扫描装置，具有一个精密的外壳4，用以容纳激光扫描装置的微机电光学控制模块1、前级扫描组2、后级扫描组3中各光学组件及其它必要的组件。

微机电光学控制模块1包含一光学控制电路板13，其一侧面上装配有激光光源11、微机电摆动式反射镜12第一传感器14与第二传感器15；前级扫描组2包含一可将激光光线111导正成为平行的激光光线111的准直镜21，一可将平行的激光光线111聚焦的柱面镜22，使激光光线111聚焦而投射在反射镜23上，与一可将激光光线111以逆转方向并单轴聚焦在微机电摆动式反射镜12的反射镜23；后级扫描组3包含一fθ镜片组31、一第一溢位反射镜33与一第二溢位反射镜34。

如图8所示，上述的柱面镜22与反射镜23在实际应用时可设计成一组合体的反射柱面镜(Reflection Cylinder Lens)24，以取代柱面镜22与反射镜23两分别个体；所述的反射柱面镜通常为一凹面柱体镜片，其一面镀有反射膜层，同时具有逆转入射平行的激光光线的反射功能与将所述的反射的平行激光光线以单轴聚焦在微机电摆动式反射镜上的聚焦功能；也就是，反射柱面镜在组装时可校准激光束112沿微机电摆动式反射镜12中心轴121(Z轴)及其摆动旋转轴123(Y轴)所构成的平面(Y-Z平面)射入微机电摆动式反射镜12的中心点122；由于反射柱面镜具有光学常用的柱面镜22与反射镜23的合并功能，在缩小光程(达成缩小微机电扫描装置的体积)与减少光学组件(节省成本)，通过本发明的光程安排，可以一反射柱面镜24达成现有技术同时使用柱面镜22与反射镜23的功能。

微机电摆动式反射镜12的设立位置是安排在与激光光源11的位置在同一侧(X-Y平面)的同一高度(Z方向的相同位差)或不同高度(Z方向的高低不同位差)，可设计成共同组装在一微机电光学控制板13上，或设计成在同一侧的分别不同的控制板上，其中，微机电光学控制板13是包含有电路、排线、必要的电子组件、微机电摆动式反射镜12与传感器14(15)；所述的微机电摆动式反射镜12是以Y轴(旋转轴123)为轴心而迫一定频率摆动，以趋动置在其上的反射镜，当激光束112以正面射入微机电摆动式反射镜12时，摆动的微机电摆动式反射镜12会将激光束112以扫描方式形成扫描激光束113；由于激光束112是以正面射向微机电摆动式反射镜12，其射入方向与机电摆动式反射镜12的Z轴同向，即入射的激光束112是与机电摆动式反射镜12的摆动轴心X-Y面为垂直，因激光束112是沿着Z轴方向射向其中心点，机电摆动式反射镜12在X方向摆动扫描后，反射出的扫描激光束113在Z轴为对称如图11所示。

经由微机电摆动式反射镜12反射出的扫描激光束113，以扫描平面射出并经过后级扫描组3；所述的后级扫描组3包含fθ镜片组31，而扫描激光束113的扫描角度与时间之间为非线性关系；fθ镜片组3可为一片式或二片式，二片式fθ镜片组31是由第一fθ镜片31(通常为非球面凸透镜)与第二fθ镜片32(通常为非球面凸透镜)所组成，fθ镜片组31是将扫描角度与时间为非线性关系的扫描激光束113转换成扫描角度与时间为线性关系的显像激光束114，此显像激光束114射出此激光扫描装置以供激光打印机、扫描仪等的目标面5(如感光鼓)。

对于偏出最大扫描区域(例如，对于A4尺寸纸的扫描超出105mm)的溢位扫描激光束115/116如图7所示，可经由第一/二溢位反射镜33/34反射至与激光光源模块1与机电摆动式反射镜12同侧的第一/二传感器14/15；第一/二传感器14/15接收偏出的左/右侧扫描光线115/116后，可启动其内在的光电开关，送出电子信号，以为激光打印机或扫描仪的使用；又，第一/二传感器14/15可以单独电路板装配在光学控制电路板13上，或可与光学控制电路板13装配在同侧，即，激光光源模块1、机电摆动式反射镜12、第一/二传感器14/15可装配在同一电路板或同侧电路板上，以达成节省成本与校准的便利。

在微机电激光扫描装置设计时，可依据光程对于各光学组件设计其位置与角度，并将此位置与角度安排在精密的外壳4内；即外壳4已预先设有各光学组件的插槽41或承座42如图5所示，其中，所述的插槽41或承座42已预先经过光程的计算，其相对位置在容许公差范围内，因此各光学组件仅需固定在各承座42或插槽41中，即可达各光学组件定位的在容许公差范围内、且快速组装要求。

组装时，可在光学控制电路板13上将各光学组件如激光光源11、微机电摆动式反射镜12与传感器14(15)依原设计的各插槽41或承座42装配固定后，成为一微机电光学控制模块1；在本发明这个实施例中，精密的外壳4已依据各光学组件位置与角度，预先设计制作各光学组件的插槽41或承座42，装配时各光学组件可容纳入各插槽41或承座42中，以符合各组件预先设计的位置与角度；本发明第一实施例在组装校准时，仅需先装配完成一微机电光学控制模块1，再将激光光源11与准直镜23先行以光学仪器校准，形成一个校准完成的微机电光学控制模块1，再装配在外壳4上即可达成制造与维修的便利；换言的，可先将激光光源11与准直镜21在光学控制电路板13上以光学仪器先行校准，此校准因不受限于激光扫描装置的体积，而可快速方便为的，成为预先校准后的模块，此离线完成的模块可快速在微机电激光扫描装置组装，而各光学组件则依据原设计的容许公差范围固定在外壳4内，可快速且精密的组装，此为本发明的再一功效。

微机电激光扫描装置的显像激光束114的形成是由机电摆动式反射镜12以共振频率摆动，其共振频率容易受温度影响，因此微机电激光扫描装置内fθ镜片组31产生的热量应适当导出；在本发明的实施例中，外壳4的fθ镜片组31的承座42为热传导效能佳的金属如铝所制成，并与金属制的外壳4底座固定相连，当fθ镜片组31产生的热量可通过此铝金属的承座42，传导至外壳4的金属底座散热。

<第二实施例>

如图12所示，其是本发明用在彩色激光打印机或扫描仪的微机电激光扫描装置，具有一个精密的外壳4，用以容纳激光扫描装置的微机电光学控制模块1、前级扫描组2、后级扫描组3中各光学组件及其它必要的组件。

微机电光学控制模块1包含光学控制电路板13，其一侧面上装配有激光光源11a～11d、微机电摆动式反射镜12；前级扫描组2包含准直镜21a～21d、柱面镜22a～22d与反射镜23a～23d；后级扫描组3包含fθ镜片组31a～31d；

激光光源11a～11d与微机电摆动式反射镜12是安排在目标面5a～5d的对面侧的同一侧，可分别位于微机电摆动式反射镜12的上方或下方；激光光源11a～11d可分别产生激光光线111a～111d，激光光源11a～11d可受微机电光学模块1的控制发出激光光线111a～111d，经前级扫描组2的各准直镜21a～21d可将激光光线111a～111d分别导正成为平行的激光光线，再经柱面镜22a～22d与反射镜23a～23d，并使激光束112a～112d沿着微机电摆动式反射镜12中心轴121(Z轴)及其摆动旋转轴123(Y轴)所构成的平面(Y-Z平面)射入微机电摆动式反射镜12的中心点122上。

当激光束112a～112d正向射入微机电摆动式反射镜12时，摆动的微机电摆动式反射镜12会将激光束112a～112d分别以扫描方式形成扫描激光束113a～113d；扫描激光束113a～113d以扫描平面射出并经过后级扫描组3；所述的后级扫描组3包含复数fθ镜片组31a～31d，各fθ镜片组31a～31d可为一片式或二片式所组成，fθ镜片组31a～31d是使扫描激光束113a～113d转换成扫描角度与时间为线性关系的显像激光束114a～114d，此显像激光束114a～114d射出达目标面5a～5d，构成彩色扫描。

对于还还应用此实施例，可在微机电光学控制模块1上设有传感器14(15)与在后极扫描组3内包含溢位反射镜33(34)，可将各色彩的溢位扫描激光束转变成电子信号，供各色彩扫描时的控制所需。

在本实施例还可依据光程对于各光学组件设计其位置与角度，并将此位置与角度安排在一精密的外壳4内；外壳4已预先设有各光学组件的承座42或插槽41，其各承座42或插槽41已预先经过光程的计算，其相对位置在容许公差范围内，因此各光学组件仅需固定在各承座或插槽中，即可达各光学组件定位的在容许公差范围内、且快速组装要求。

组装时，在光学控制电路板13上将各光学组件如激光光源11a～11d、微机电摆动式反射镜12或传感器34/35(如果装设)依原设计的各承座42或插槽41装配固定后，成为微机电光学控制模块1；再将激光光源11a～11d与准直镜21a～21d先行以光学仪器校准，形成一个校准完成的模块，再装配在外壳4，而其余各光学组件则以预先设计位置与角度的插槽41或承座42装配固定即可达制造与维修便利。

以上所示仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅是说明性的，而非限制性的。本领域专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效变还，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (15)

1.一种微机电摆动激光扫描装置，其特征在于：其包含一微机电光学控制模块、一前级扫描组与一后级扫描组，其中；

所述的微机电光学控制模块布置在扫描目标面的对面同一侧，包含至少一个激光光源、一微机电摆动式反射镜与一光学控制电路板，其中所述的激光光源可发射激光束至前级扫描组；所述的微机电摆动式反射镜通过摆动而使入射的光束反射至后级扫描组；所述的光学控制电路板产生并接受电子信号，用以控制激光光源与微机电摆动式反射镜；

所述的前级扫描组包含至少一个反射镜片，其将由激光光源射入的激光束逆转方向，并使逆转后的激光束沿着微机电摆动式反射镜的中心轴及其摆动旋转轴所构成的平面射入微机电摆动式反射镜的中心点；

所述的后级扫描组包含至少一个fθ镜片组，对应在微机电摆动式反射镜反射后的激光束，使反射后的激光束射入fθ镜片组，再投射在目标面作等速率线性扫描。

2.根据权利要求1所述的微机电摆动激光扫描装置，其特征在于：所述的前级扫描组还包含至少一个准直镜与至少一个柱面镜。

3.根据权利要求1所述的微机电摆动激光扫描装置，其特征在于：所述的前级扫描组还包含至少一个准直镜与至少一个反射柱面镜，其中所述的准直镜接受激光光源发射的激光束以形成平行光束再射入所述的反射柱面镜，所述的反射柱面镜再将激光束逆转方向，并使逆转后的激光束沿着微机电摆动式反射镜的中心轴及其摆动旋转轴所构成的平面射入微机电摆动式反射镜的中心点。

4.根据权利要求1所述的微机电摆动激光扫描装置，其特征在于：所述的后级扫描组的fθ镜片组为单件式fθ镜片结构或二片式fθ镜片结构或多片式fθ镜片结构。

5.根据权利要求1所述的微机电摆动激光扫描装置，其特征在于：所述的微机电光学控制模块还包含至少一个传感器，且所述的后级扫描组还包含相对于所述的传感器的至少一个溢位反射镜，其中所述的传感器是设置在与激光光源、微机电摆动式反射镜与光学控制电路板同一侧面上，所述的溢位反射镜是设置在fθ镜片组的后侧，而所述的溢位反射镜将超出目标面的激光光束反射至传感器，使传感器将所述的反射后的激光光束转变成电子信号。

6.根据权利要求1所述的微机电摆动激光扫描装置，其特征在于：其还包含一外壳，且所述的外壳上设有对应在微机电光学控制模块、前级扫描组与后级扫描组的各光学组件的承座或插槽，使微机电光学控制模块、前级扫描组与后级扫描组的各光学组件固定在对应的承座或插槽中。

7.根据权利要求6所述的微机电摆动激光扫描装置，其特征在于：所述的外壳的全部或一部份是由金属制成，且fθ镜片组的承座或插槽是由导热的金属或导热材料制成，以将fθ镜片组产生的热量通过承座或导槽导向外壳的金属部份进行散热。

8.一种微机电摆动激光扫描装置的组装方法，其是用以组装上述微机电摆动激光扫描装置，其特征在于：其包括下列步骤：

将至少一个激光光源与微机电摆动式反射镜以预先设计的位置装配在光学控制电路板上；

校准至少一个反射镜的反射角度，使其激光束逆转方向，并沿着微机电摆动式反射镜的中心轴及其摆动旋转轴所构成的平面射入微机电摆动式反射镜的中心点；

校准后级扫描组的至少一个fθ镜片组，使fθ镜片组的中心轴与微机电摆动式反射镜的中心轴为同轴，并使微机电摆动式反射镜的扫描平面入射在fθ镜片组。

9.根据权利要求8所述的微机电激光扫描装置的组装方法，其特征在于：其还包括至少一个准直镜与至少一个柱面镜的校准，包含下列步骤：

将准直镜与激光光源以光学仪器校准，形成已校准完成的微机电光学控制模块与准直镜模块；

将前述校准完成的模块与相配合的柱面镜进行校准，使柱面镜的聚焦点位于相配合的反射镜上。

10.根据权利要求8所述的微机电激光扫描装置的组装方法，其特征在于：其还包括至少一个准直镜与至少一个反射柱面镜的校准，包含下列步骤：

将准直镜与激光光源以光学仪器校准，形成已校准完成的微机电光学控制模块与准直镜模块；

将前述校准完成的模块与相配合的反射柱面镜进行校准，使反射柱面镜的聚焦点沿微机电摆动式反射镜的中心轴方向射入其中心。

11.根据权利要求8项的微机电激光扫描装置的组装方法，其特征在于：其还包括至少一个传感器与至少一个溢位反射镜的校准，包含下列步骤：

将传感器依预定位置装配在光学控制电路板上；

校准溢位反射镜的位置与角度使超过目标物的扫描光线反射至传感器上。

12.一种微机电激光扫描装置的组装方法，其是用以组装上述微机电摆动激光扫描装置，其特征在于：包含以下步骤：

将至少一个激光光源与微机电摆动式反射镜以预先设计的位置装配在光学控制电路板上，并依外壳上的对应承座或插槽以对应装配在外壳上；

将至少一个反射镜对应装配在外壳的承座上，并校准其反射至微机电摆动式反射镜的中心；

将至少一个fθ镜片组对应装配在外壳的对应承座或插槽。

13.根据权利要求12所述的微机电激光扫描装置的组装方法，其特征在于：其还包括至少一个准直镜与至少一个柱面镜的校准，包含下列步骤：

将准直镜与激光光源以光学仪器校准，形成已校准完成的微机电光学控制模块与准直镜的模块；

将已校准完成的模块对应装配在外壳上的对应承座或插槽；

将柱面镜装配在外壳上。

14.根据权利要求12所述的微机电激光扫描装置的组装方法，其特征在于：其还包括至少一个准直镜与至少一个反射柱面镜的校准，包含下列步骤：

将准直镜与激光光源以光学仪器校准，形成已校准完成的微机电光学控制模块与准直镜的模块；

将已校准完成的模块依承座或插槽装配在外壳上；

将反射柱面镜装配在外壳上。

15.根据权利要求12所述的微机电激光扫描装置的组装方法，其特征在于：其还包括至少一个传感器与至少一个溢位反射镜的校准，包含下列步骤：

将传感器装配在光学控制电路板上预定的位置；

将溢位反射镜装配在外壳的承座或插槽。

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