CN201293869Y - 微机电激光扫描装置的二片式fθ镜片 - Google Patents

Abstract

一种微机电激光扫描装置的二片式fθ镜片，该二片式fθ镜片包括第一镜片和第二镜片，其中，第一镜片为一正屈光度新月形且凹面在微机电反射镜侧的镜片，第二镜片为一负屈光度新月形且凸面在微机电反射镜侧的镜片，其中第一镜片具有二个光学面，在主扫描方向至少有一个光学面为非球面所构成，第二镜片具有二个光学面，在主扫描方向至少有一个光学面为非球面所构成，主要用于将微机电反射镜反射之角度与时间呈非线性关系的扫描光线转换成距离与时间呈线性关系的扫描光线光点并修正聚光于目标物上，且第一镜片及第二镜片均满足特定的光学条件，以达成线性扫描效果与高分辨率扫描的目的。

Description

微机电激光扫描装置的二片式fθ镜片

技术领域

本实用新型涉及一种微机电激光扫描装置的二片式fθ镜片，特别指一种用以修正呈简谐性运动的微机电反射镜而产生随时间成正弦关系的角度变化量，以达到激光扫描装置所要求的线性扫描效果的二片式fθ镜片。

背景技术

目前激光束打印机LBP(Laser Beam Print)所用之激光扫描装置LSU(LaserScanning Unit)，是利用一高速旋转的多面镜来操控激光束的扫描动作，如美国专利US7079171、US6377293、US6295116，或如台湾专利I198966所述。其原理如下简述：半导体激光发出激光束，先经过准直镜，再经过光圈(aperture)而形成平行光束，而平行光束再经过柱面镜后，能在副扫描方向(Y轴)的宽度上沿着主扫描方向(X轴)的平行方向平行聚焦而形成一线状图像，再投射至一高速旋转之多面镜上，而多面镜上均匀连续设置有多面反射镜，其恰位于或接近于上述线状图像之焦点位置。通过多面镜控制激光束的投射方向，当连续的复数个反射镜在高速旋转时可将射至一反射镜上的激光束沿看主扫描方向(X轴)的平行方向以同一角速度偏斜反射至一fθ线性扫描镜片上，而fθ线性扫描镜片被设置在多面镜一侧，可以是单件式(single-element)扫描镜片或者二件式(two-element)扫描镜片。此fθ线性扫描镜片的功能在于使经由多面镜的反射镜反射而射入fθ镜片的激光束能聚焦成一椭圆型光点并投射在一光接收面(即成像面)上，并达到线性扫描的要求。然而，传统的激光扫描装置LSU在使用上会有下列问题：

(1)、旋转式多面镜的制作难度高且价格高，相对增加LSU的制作成本。

(2)、多面镜须具高速旋转(如40000转/分钟)功能，精密度要求又高，以致一般多面镜上反射面之镜面Y轴宽度极薄，传统LSU中均需增设一柱面镜以使激光束经过柱面镜能聚焦成一线(Y轴上成一点)而再投射在多面镜的反射镜上，以致增加构件成本及组装作业流程。

(3)、传统多面镜须高速旋转(如40000转/分钟)，致旋转噪音相对提高，且多面镜从启动至工作转速须耗费较长时间，增加开机后的等待时间。

(4)、传统LSU之组装结构中，投射至多面镜的反射镜的激光束中心轴并非正对多面镜的中心转轴，以致在设计相配合的fθ镜片时，需同时考虑多面镜的离轴偏差(off axis deviation)问题，相对增加fθ镜片之设计及制作上麻烦。

近年以来，为了改善传统LSU组装结构之问题，目前市面上开发出一种摆动式(oscillatory)的微机电反射镜(MEMS mirror)，用以取代传统多面镜来操控激光束扫描。微机电反射镜为转矩振荡器(torsion oscillators)，其表层上附有反光层，可通过振荡摆动反光层，将光线反射而扫描，未来将可应用于成像系统、扫描仪或激光打印机的激光扫描装置(简称LSU)，其扫描效率将可高于传统的旋转多面镜。如美国专利US6,844,951、US6,956,597(产生至少一个驱动讯号，其驱动频率趋近复数微机电反射镜的共振频率，并以一驱动讯号驱动微机电反射镜以产生一扫描路径)、US7,064,876、US7,184,187、US7,190,499、US2006/0113393；或如台湾专利TW M253133(在LSU模块结构中准直镜及fθ镜片之间，利用一微机电反射镜取代传统旋转式多面镜，从而控制激光束之投射方向)；或如日本专利JP 2006-201350等。此微机电反射镜具有组件小，转动速度快，制造成本低的优点。然而由于微机电反射镜，在接收电压驱动后，将做简谐运动(harmonic motion)，且此简谐运动的方式为时间与角速度呈正弦关系，而投射于微机电反射镜，其经反射后之反射角度θ与时间t的关系为：

θ(t)＝θ_s·sin(2π·f·t)                                (1)

其中：f为微机电反射镜的扫描频率；θ_s为激光束经微机电反射镜后，单边最大的扫描角度。

因此，在相同的时间间隔Δt下，所对应的反射角度系与时间成正弦函数变化，即在相同时间间隔Δt时，反射角度变化为：Δθ(t)＝θ_s·(sin(2π·f·t₁)-sin(2π·f·t₂))，而与时间呈非线性关系，亦即当此反射的光线以不同角度投射在目标物时，在相同时间间隔内所产生的光点距离间隔并不相同，而可能随时间递增或递减。

举例而言，当微机电反射镜的摆动角度位于正弦波波峰及波谷时，角度变化量将随时间递增或递减，与传统多面镜成等角速度转动的运动方式不同，若将传统fθ镜片使用在具有微机电反射镜之激光扫描装置(LSU)上，将无法修正微机电反射镜所产生之角度变化量，造成投射在成像面上之激光光速将产生非等速率扫描现象而产生位于成像面上的成像偏差。因此，对于微机电反射镜所构成的激光扫描装置，简称为微机电激光扫描装置(MEMS LSU)，其特性为激光光线经过微机电反射镜扫描后，形成等时间间隔不等角度的扫描光线，因此迫切需要发展可使用于微机电激光扫描装置的fθ镜片以修正扫描光线，使得可以在目标物上正确成像。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种微机电激光扫描装置的二片式fθ镜片，其适用于微机电激光扫描装置，该微机电激光扫描装置至少包含一用以发射光束的光源、一用以共振左右摆动将光源发射之光束反射成为扫描光线的微机电反射镜、及一用以感光的目标物；从该微机电反射镜开始依序起算，该二片式fθ镜片包含一正屈光度新月形且凹面在该微机电反射镜侧的第一镜片及一负屈光度新月形且凸面在该微机电反射镜侧的第二镜片，其中第一镜片具有一第一光学面及一第二光学面，该第一光学面与该第二光学面在主扫描方向至少有一个光学面为非球面所构成，用于将该微机电反射镜反射之角度与时间的非线性关系的扫描光线光点转换成距离与时间呈线性关系的扫描光线光点；其中该第二镜片具有一第三光学面及一第四光学面，该第三光学面与该第四光学面在主扫描方向至少有一个光学面为非球面所构成，用于将该第一镜片的扫描光线修正聚光于该目标物上；通过该二片式fθ镜片，使该微机电反射镜反射的扫描光线在该目标物上成像。

本实用新型的另一目的在于提供一种微机电激光扫描装置的二片式fθ镜片，从而缩小投射在目标物上光点的面积，而实现提高分辨率之效果。

本实用新型的再一目的在于提供一种微机电雷设扫描装置的二片式fθ镜片，可畸变修正因扫描光线偏离光轴，而造成在主扫描方向及副扫描方向的偏移的增加，使成像于感光鼓之光点变形成类椭圆形的问题，并使每一成像光点大小得以均匀化，而达成提升解像质量(resolution quality)之功效。

因此，本实用新型微机电激光扫描装置的二片式fθ镜片，适用于至少包含一个将发射激光束的光源以共振左右摆动将光源发射的激光束反射成为扫描光线的微机电反射镜，以在目标物上成像；对于激光打印机而言，此目标物常为感光鼓(drum)，即，在成像光点经由光源发出激光束时，通过微机电反射镜左右扫描，微机电反射镜反射激光束形成扫描光线，扫描光线经过本实用新型的二片式fθ镜片修正角度与位置后，于感光鼓上形成光点，由于感光鼓涂有光敏剂，可感应碳粉使其聚集于纸上，这样可将数据打印出。

本实用新型的二片式fθ镜片包含从微机电反射镜开始依序起算的第一镜片和第二镜片，其中第一镜片具有第一光学面及第二光学面，该第一光学面与该第二光学面在主扫描方向上至少有一个光学面为非球面所构成，用于主要将呈简谐运动的微机电反射镜在成像面上光点间距由原来随时间增加而递减或递增的非等速率扫描现象修正为等速率扫描，使激光束在成像面的投射为等速率扫描。第二镜片具有第三光学面和第四光学面，该第三光学面与该第四光学面，在主扫描方向上至少有一个光学面为非球面所构成，主要用于均匀化扫描光线在主扫描方向及副扫描方向因偏移光轴而造成在感光鼓上形成的成像偏差，并将第一镜片之扫描光线修正聚光于目标物上。

通过设置本实用新型的二片式fθ镜片，可将呈简谐运动的微机电反射镜在成像面上光点间距由原来随时间增加而递减或递增的非等速率扫描现象修正为等速率扫描，使激光束在成像面之投射作等速率扫描，使成像于目标物上形成之两相邻光点间距相等。

通过设置本实用新型的二片式fθ镜片，可畸变修正于主扫描方向及副扫描方向扫描光线，使聚焦于成像的目标物上的光点得以缩小。

通过设置本实用新型的二片式fθ镜片，可畸变修正在主扫描方向及副扫描方向上的扫描光线，使成像在目标物上的光点大小均匀化。

附图说明

图1为本实用新型二片式fθ镜片的光学路径之示意图；

图2为微机电反射镜扫描角度θ与时间t的关系图；

图3为通过第一镜片及第二镜片的扫描光线的光学路径图及符号说明；

图4为扫描光线投射在感光鼓上后，光点面积随投射位置的不同而变化的示意图；

图5为光束之高斯分布与光强度的关系图；

图6为本实用新型通过第一镜片及第二镜片的扫描光线的实施例的光学路径图；

图7为第一实施例的光点示意图；

图8为第二实施例的光点示意图；

图9为第三实施例的光点示意图；

图10为第四实施例的光点示意图；以及

图11为第五实施例的光点示意图。

[主要组件符号说明]

10：微机电反射镜；

11：激光光源；

111：光束；

113a、113b、113c、114a、114b、115a、115b：扫描光线；

131：第一镜片；

132：第二镜片；

14a、14b：光电传感器；

15：感光鼓；

16：柱面镜；

2、2a、2b、2c：光点；以及

3：有效扫描窗口。

具体实施方式

请参照图1，图1是本实用新型微机电激光扫描装置的二片式fθ镜片之光学路径之示意图。本实用新型微机电激光扫描装置的二片式fθ镜片包含一具有一第一光学面131a及一第二光学面131b的第一镜片131，和一具有一第三光学面132a及一第四光学面132b的第二镜片132，适用于微机电激光扫描装置。图中，微机电激光扫描装置主要包含一激光光源11、一微机电反射镜10、一柱面镜16、二个光电传感器14a、14b，及一用以感光的目标物。在图中，目标物用感光鼓15来实施。激光光源11所产生的光束111通过柱面镜16后，投射到微机电反射镜10上。而微机电反射镜10以共振左右摆动的方式，将光束111反射成扫描光线113a、113b、113c、114a、114b、115a、115b。其中扫描光线113a、113b、113c、114a、114b、115a、115b在X方向的投影被称为副扫描方向(sub scanning direction)，在Y方向的投影被称为主扫描方向(main scanning direction)，而微机电反射镜10扫描角度为θc。

请参照图1及图2，其中图2为微机电反射镜扫描角度θ与时间t之关系图。由于微机电反射镜10呈简谐运动，其运动角度随时间呈正弦变化，因此扫描光线之射出角度与时间为非线性关系。如图示中的波峰a-a’及波谷b-b’，其摆动角度明显小于波段a-b及a’-b’，而此角速度不均等的现象容易造成扫描光线在感光鼓15上产生成像偏差。因此，光电传感器14a、14b被设置于微机电反射镜10最大扫描角度±θc之内，其夹角为±θp，激光束由图2的波峰处开始被微机电反射镜10所反射，此时相当于图1的扫描光线115a；当光电传感器14a侦测到扫描光束的时候，表示微机电反射镜10摆动到+θp角度，此时相当于图1的扫描光线114a；当微机电反射镜10扫描角度变化如图2的a点时，此时相当于扫描光线113b位置；此时激光光源11将被驱动而发出激光束111，而扫描至图2的b点时，此时相当于扫描光线113c的位置(相当±θn角度内由激光光源11发出激光束111)；当微机电反射镜10产生反向振动时，如于波段a’-b’时由激光光源11被驱动而开始发出激光束111；这样完成一个周期。

请参照图1及图3，其中图3为通过第一镜片及第二镜片之扫描光线之光学路径图。其中，±θn为有效扫描角度，当微机电反射镜10的转动角度进入±θn时，激光光源11开始发出激光束111，通过微机电反射镜10反射为扫描光线，当扫描光线通过第一镜片131时被第一镜片131的第一光学面131a与第二光学面131b折射，将微机电反射镜10所反射的距离与时间成非线性关系的扫描光线转换成距离与时间的线性关系的扫描光线。当扫描光线通过第一镜片131与第二镜片132后，由于第一光学面131a、第二光学面131b、第三光学面132a、第四光学面132b的光学性质，扫描光线被聚焦于感光鼓15上，从而在感光鼓15上形成一列光点2。在感光鼓15上，两个最远光点2之间的距离称为有效扫描窗口3。其中，d1为微机电反射镜10至第一光学面131a的间距、d2为第一光学面131a至第二光学面131b的间距、d3为第二光学面131b至第三光学面132a的间距、d4为第三光学面132a至第四光学面132b的间距、d5为第四光学面132b至感光鼓15的间距、R1为第一光学面131a的曲率半径(Curvature)、R2为第二光学面131b的曲率半径、R3为第三光学面132a的曲率半径，R4为第四光学面132b的曲率半径。

请参照图4，在扫描光线投射在感光鼓上后，在光点面积(spot area)中，Sa0与Sb0为微机电反射镜10反射面上扫描光线的光点在主扫描方向(Y方向)及副扫描方向(X方向)的长度、Ga与Gb为扫描光线的高斯光束(GaussianBeams)在光强度为13.5％处在Y方向及X方向的光束半径，如图5所示，图5中仅显示Y方向的光束半径的说明。

综上所述，本实用新型的二片式fθ镜片可将微机电反射镜10反射的扫描光线，将高斯光束的扫描光线进行畸变(distortion)修正，及将时间-角速度的关系转成时间-距离的关系。扫描光线在主扫描方向(Y方向)与副扫描方向(X方向)的光束经过fθ镜片被放大，在成像面上产生光点，以提供符合需求的分辨率。

为达成上述功效，本实用新型的二片式fθ镜片在第一镜片131的第一光学面131a或第二光学面132a及第二镜片132的第三光学面132a或第四光学面132b，在主扫描方向或副扫描方向，可使用球面曲面或非球面曲面设计，若使用非球面曲面设计，其非球面曲面系以下列曲面方程式：

1：横像曲面方程式(Anamorphic equation)

$Z=\frac{{\left(\mathrm{Cx}\right)X}^2+\left(\mathrm{Cy}\right)Y^2}{1+\sqrt{1-(1+\mathrm{Kx}){\left(\mathrm{Cx}\right)}^2{X}^2-(1+\mathrm{Ky}){\left(\mathrm{Cy}\right)}^2{Y}^2}}+A_R{[(1-A_P)X^2+{(1+A_P)Y}^2]}^2+$

$B_R{[(1-B_P)X^2+(1+B_P)Y^2]}^3+C_R{[(1-C_P)X^2+(1+C_P)Y^2]}^4+$

$D_R{[(1-D_P)X^2+(1+D_P)Y^2]}^5---\left(2\right)$

其中，Z为镜片上任一点以光轴方向至原点切平面的距离(SAG)；C_x与C_y分别为X方向及Y方向的曲率(curvature)；K_x与K_y分别为X方向及Y方向的圆锥系数(Conic coefficient)；A_R、B_R、C_R与D_R分别为旋转对称(rotationallysymmetric portion)的四次、六次、八次与十次幂的圆锥变形系数(deformationfrom the conic)；A_P、B_P、C_P与D_P分别为非旋转对称(non-rotationallysymmetric components)的四次、六次、八次、十次幂之圆锥变形系数(deformation from the conic)；当C_x＝C_y，K_x＝K_y且A_P＝B_p＝C_p＝D_p＝0时，则简化为单一非球面。

2：环像曲面方程式(Toric equation)

$Z=\mathrm{Zy}+\frac{\left(\mathrm{Cxy}\right)X^2}{1+\sqrt{1-{\left(\mathrm{Cxy}\right)}^2{X}^2}}$

$\mathrm{Cxy}=\frac{1}{(1/\mathrm{Cx})-\mathrm{Zy}}$

$\mathrm{Zy}=\frac{\left(\mathrm{Cy}\right)Y^2}{1+\sqrt{1-(1+\mathrm{Ky}){\left(\mathrm{Cy}\right)}^2{Y}^2}}+B_4{Y}^4+B_6{Y}^6+B_8{Y}^8+B_{10}{Y}^{10}---\left(3\right)$

其中，Z为镜片上任一点以光轴方向至原点切平面的距离(SAG)；C_y与C_x分别为Y方向与X方向的曲率(curvature)；K_y为Y方向的圆锥系数(Coniccoefficient)；B₄、B₆、B₈与B₁₀为四次、六次、八次、十次幂的圆锥变形系数；当C_x＝C_y且K_y＝A_P＝B_p＝C_p＝D_p＝0时，则简化为单一球面。

为能使扫描光线在目标物上的成像面上维持等扫描速度，举例而言，在两个相同的时间间隔内，维持两个光点的间距相等；本实用新型的二片式fθ镜片可将扫描光线113a至扫描光线113b之间的光线通过第一镜片131及第二镜片132进行扫描光线的出射角的修正，使相同的时间间隔的两扫描光线，经出射角度修正后，在成像的感光鼓15上形成的两个光点的距离相等。更进一步，当激光束111经由微机电反射镜10反射后，其高斯光束半径G_a与G_b较大，如果此扫描光线经过微机电反射镜10与感光鼓15之距离后，高斯光束半径G_a与G_b将更大，不符合实用分辨率的要求；本实用新型的二片式fθ镜片进一步可将微机电反射镜10反射的扫描光线113a至扫描光线113b之间的光线形成G_a与G_b较小的高斯光束，进行聚焦在成像的感光鼓15上产生较小的光点；再者，本实用新型的二片式fθ镜片更可将成像在感光鼓15上的光点大小均匀化(限制于符合分辨率要求的范围内)，以得最佳的解析效果。

本实用新型的二片式fθ镜片包含，从微机电反射镜10开始依序起算，为第一镜片131，其为正屈光度新月形且凹面在微机电反射镜10侧的镜片所构成，及第二镜片132，为一负屈光度新月形且凸面在微机电反射镜侧的镜片所构成；其中第一镜片131具有第一光学面131a及第二光学面131b，用于将微机电反射镜10反射之角度与时间的非线性关系的扫描光线光点转换成距离与时间呈线性关系的扫描光线光点；其中第二镜片132具有第三光学面132a及第四光学面132b，用于将第一镜片131的扫描光线修正聚光于目标物上；通过该二片式fθ镜片，使微机电反射镜10反射的扫描光线在感光鼓15上成像；其中，第一光学面131a、第二光学面131b、第三光学面132a及第四光学面132b在主扫描方向上至少有一个为非球面所构成的光学面、第一光学面131a、第二光学面131b、第三光学面132a及第四光学面132b在副扫描方向可至少有一个为非球面所构成的光学面，或在副扫描方向均使用球面所构成的光学面。更进一步，对于第一镜片131及第二镜片132的构成，在光学效果上，本实用新型的二片式fθ镜片，在主扫描方向进一步满足式(4)～式(5)条件：

$0.1<\frac{d_3+d_4+d_5}{f_{\left(1\right)Y}}<1.2---\left(4\right)$

$-0.6<\frac{d_5}{f_{\left(2\right)Y}}<-0.01---\left(5\right)$

或，在主扫描方向满足式(6)

$0.3<|f_{\mathrm{sY}}\&CenterDot;(\frac{(n_{d1}-1)}{f_{\left(1\right)y}}+\frac{(n_{d2}-1)}{f_{\left(2\right)y}})<0.6---\left(6\right)$

且在副扫描方向满足式(7)

$0.1<|(\frac{1}{R_{1x}}-\frac{1}{R_{2x}})+(\frac{1}{R_{3x}}-\frac{1}{R_{4x}})f_{\mathrm{sX}}|<1.1---\left(7\right)$

其中，f_(1)Y为第一镜片131在主扫描方向的焦距、f_(2)Y为第二镜片132在主扫描方向的焦距、d₃为θ＝0°时第一镜片131目标物侧光学面至第二镜片132微机电反射镜10侧光学面的距离、d₄为θ＝0°时第二镜片132的厚度、d₅为θ＝0°时第二镜片132目标物侧光学面至目标物的距离，f_sx为二片式fθ镜片在副扫描方向的复合焦距(combination focal length)、f_sY为二片式fθ镜片在主扫描方向的复合焦距、R_ix第i光学面在副扫描方向的曲率半径；R_iy为第i光学面在主扫描方向的曲率半径；n_d1与n_d2为第一镜片131与第二镜片132之折射率(refraction index)。

再者，本实用新型的二片式fθ镜片所形成的光点均一性，可以用扫描光线在感光鼓15上之光束大小的最大值与最小值的比值δ表示，即满足式(8)：

$0.8<\mathrm{\&delta;}=\frac{\min (S_b\&CenterDot;S_a)}{\max (S_b\&CenterDot;S_a)}---\left(8\right)$

更进一步，本实用新型的二片式fθ镜片所形成的分辨率，可使用η_max为微机电反射镜10反射面上扫描光线的光点经扫描在感光鼓15上光点最大值的比值与η_min为微机电反射镜10反射面上扫描光线的光点经扫描在感光鼓15上光点最小值的比值为表示，即可满足式(9)及(10)，

${\mathrm{\&eta;}}_{\max }=\frac{\max (S_b\&CenterDot;S_a)}{(S_{b0}\&CenterDot;S_{a0})}<0.10---\left(9\right)$

${\mathrm{\&eta;}}_{\min }=\frac{\max (S_b\&CenterDot;S_a)}{(S_{b0}\&CenterDot;S_{a0})}<0.10---\left(10\right)$

其中，S_a与S_b为感光鼓15上扫描光线形成的任一个光点在Y方向及X方向之长度、δ为感光鼓15上最小光点与最大光点之比值、η为微机电反射镜10反射面上扫描光线的光点与感光鼓15上光点之比值；S_a0与S_b0为微机电反射镜10反射面上扫描光线的光点在主扫描方向及副扫描方向的长度。

为使本实用新型更加明确详实，兹列举较佳实施例并配合下列图示，将本实用新型的结构及其技术特征详述如下：

本实用新型以下所揭示的实施例，是针对本实用新型微机电激光扫描装置的二片式fθ镜片的主要构成组件而作说明，因此本实用新型以下所揭示之实施例虽是应用于微机电激光扫描装置中，但就一般具有微机电激光扫描装置而言，除了本实用新型所揭示的二片式fθ镜片外，其它结构属于一般公知之技术，因此本领域技术人员应该了解，本实用新型所揭示的微机电激光扫描装置的二片式fθ镜片的构成组件并不限制于以下所揭示的实施例中的结构，也就是该微机电激光扫描装置的二片式fθ镜片的各构成组件是可以进行许多改变、修改、甚至等效变更的，例如：第一镜片131及第二镜片132的曲率半径设计或面型设计、材质选用、间距调整等并不限制。

<第一实施例>

请参考图6，其为本实用新型通过第一镜片及第二镜片的扫描光线的实施例的光学路径图。本实施例的二片式fθ镜片具有第一镜片131及第二镜片132，其中第一镜片131为正屈光度新月形且凹面在微机电反射镜10侧的镜片，第二镜片132为负屈光度新月形且凸面在微机电反射镜10侧的镜片所构成，第一镜片131为新月形且凹面在微机电反射镜10侧之镜片，其中，第一镜片131之第一光学面131a为球面，第二光学面131b、第二镜片132的第三光学面132a与第四光学面132b均为非球面，使用式(2)为非球面公式设计。其光学特性与非球面参数如表一及表二。

表一(第一实施例的fθ光学特性)

光学面	曲率半径(mm)	d厚度(mm)	nd折射率
				MEMS反射面 R0	∞	11.65	1
lens 1			1.527
				R1
R1x	143.33	13.04
				R1y	-62.25
R2(Anamorphic)
				R2x*	-15.35	22.00
R2y*	-36.88

lens 2			1.527
				R3(Anamorphic)
R3x*	19.89	12.18
				R3y*	223.38
R4(Anamorphic)
				R4x*	75.52	89.76
R4y*	101.98
				感光鼓 (drum)R5	∞	0.00

*表示非球面

表二(第一实施例的光学面非球面参数)

这样所构成的二片式fθ镜片，f(1)Y＝145.78、f(2)Y＝-368.67、fsX＝23.655、fsY＝215.37(mm)可将扫描光线转换成距离与时间为线性关系的扫描光线光点，并将微机电反射镜10上光点Sa0＝13.642(μm)、Sb0＝3718.32(μm)扫描成为扫描光线，在感光鼓15上进行聚焦，形成较小的光点6，并满足式(4)～式(10)之条件，如表三、感光鼓15上以中心轴Z轴在Y方向距离中心轴Y距离(mm)的光点之高斯光束直径(μm)，如表四；且本实施例之光点分布图如图7所示。图中，单位圆直径为0.05mm。

表三(第一实施例满足条件表)

表四(第一实施例感光鼓上光点高斯光束直径的最大值)

Y	-107.460	-96.206	-84.420	-96.206	-60.206	-48.050	-35.947	-23.914	0.000
										Max(2Ga，2Gb)	4.70E-03	3.75E-03	3.33E-03	3.48E-03	3.96E-03	4.13E-03	4.02E-03	3.43E-03	2.77E-03

<第二实施例>

本实施例的二片式fθ镜片包括第一镜片131及第二镜片132，其中第一镜片131为正屈光度新月形且凹面在微机电反射镜10侧之镜片，第二镜片132为负屈光度新月形且凸面在微机电反射镜10侧之镜片，第一镜片131为新月形且凹面在微机电反射镜10侧的镜片，其中，第一镜片131的第一光学面131a与第二光学面131b为球面，第二镜片132的第三光学面132a为非球面，使用式(2)为非球面公式设计；第二镜片132之第四光学面132b为非球面，使用式(3)为非球面公式设计。其光学特性与非球面参数如表五及表六。

表五(第二实施例之fθ光学特性)

光学面	曲率半径(mm)	d厚度(mm)	nd折射率
				MEMS反射面 R0	∞	12.42	1
镜片1			1.527
				R1
R1x	107.63	12.59
				R1y	-51.38

R2
				R2x	-15.74	11.37
R2y	-32.25
				镜片2			1.527
R3 (Anamorphic)
				R3x*	19.26	8.00
R3y*	75.91
				R4(Y Toroid)
R4x	70.85	99.56
				R4y*	45.26
感光鼓(drum)R5	∞	0.00

*表示非球面

表六(第二实施例之光学面非球面参数)

经由此所构成的二片式fθ镜片，f(1)Y＝133.89、f(2)Y＝-233.70、fsX＝20.084、fsY＝274.205(mm)可将扫描光线转换成距离与时间呈线性的扫描光线光点，并将微机电反射镜10上光点S_a0＝13.824(μm)、S_b0＝3512.066(μm)扫描成为扫描光线，在感光鼓15上进行聚焦，形成较小的光点8，并满足(4)～式(10)的条件，如表七；感光鼓15上以中心轴Z轴在Y方向距离中心轴Y距离(mm)的光点的高斯光束直径(μm)，如表八；且本实施例之光点分布图如图8所示。图中，单位圆直径为0.05mm。

表七(第二实施例满足条件表)

表八、第二实施例感光鼓上光点高斯光束直径的最大值

Y	-107.460	-96.206	-84.420	-96.206	-60.206	-48.050	-35.947	-23.914	0.000
										Max(2Ga，2Gb)	1.35E-02	1.27E-02	1.21E-02	1.28E-02	1.35E-02	1.41E-02	1.42E-02	1.37E-02	1.22E-02

<第三实施例>

本实施例的二片式fθ镜片的第一镜片131及第二镜片132，其中第一镜片131为正屈光度新月形且凹面在微机电反射镜10侧的镜片，第二镜片132为负屈光度新月形且凸面在微机电反射镜10侧的镜片所构成，第一镜片131为新月形且凹面在微机电反射镜10侧之镜片，其中，第一镜片131之第一光学面131a为球面，第二光学面131b、第二镜片132之第三光学面132a与第四光学面132b均为非球面，使用式(2)为非球面公式设计。其光学特性与非球面参数如表九及表十。

表九(第三实施例之fθ光学特性)

光学面	曲率半径(mm)	d厚度(mm)	nd折射率
				MEMS反射面	∞	19.84	1

R0
				lens 1			1.527
R1
				R1x	-388.85	11.22
R1y	-112.39
				R2(Anamorphic)
R2x*	-15.41	15.00
				R2y*	-42.77
lens 2			1.527
				R3(Anamorphic)
R3x*	25.94	12.00
				R3y*	422.59
R4(Anamorphic)
				R4x*	56.93	94.18
R4y*	125.67
				感光鼓(drum)R5	∞	0.00

*表示非球面

表十(第三实施例之光学面非球面参数)

经由此所构成的二片式fθ镜片，f_(1)Y＝124.07、f_(2)Y＝-344.01、f_sX＝23.785、f_sY＝176.355(mm)可将扫描光线转换成距离与时间呈线性关系的扫描光线光点，并将微机电反射镜10上光点S_a0＝13.452(μm)、S_b0＝3941.106(μm)扫描成为扫描光线，在感光鼓15上进行聚焦，形成较小的光点10，并满足(4)～式(10)之条件，如表十一；感光鼓15上以中心轴Z轴在Y方向距离中心轴Y距离(mm)的光点的高斯光束直径(μm)，如表十二；本实施例之光点分布图如图9所示。图中，单位圆直径为0.05mm。

表十一(第三实施例满足条件表)

表十二(第三实施例感光鼓上光点高斯光束直径的最大值)

Y	-107.458	-96.173	-84.419	-96.173	-60.343	-48.232	-36.136	-24.067	0.000
										Max(2Ga，2Gb)	3.75E-03	2.27E-03	1.89E-03	1.96E-03	3.05E-03	3.73E-03	3.92E-03	3.40E-03	1.84E-03

<第四实施例>

本实施例之二片式fθ镜片的第一镜片131和第二镜片132，其中第一镜片131为正屈光度新月形且凹面在微机电反射镜侧之镜片，第二镜片132为负屈光度新月形且凸面在微机电反射镜10侧的镜片所构成，第一镜片131为新月形且凹面在微机电反射镜10侧的镜片，其中，第一镜片131之第一光学面131a为球面，第一镜片131之第二光学面131b与第二镜片132之第三光学面132a均为非球面，使用式(2)为非球面公式设计；第二镜片132的第四光学面132b为非球面，使用式(3)为非球面公式设计。其光学特性与非球面参数如表十三及表十四。

表十三(第四实施例之fθ光学特性)

光学面	曲率半径(mm)	d厚度(mm)	nd折射率
				MEMS反射面 R0	∞	12.49	1
lens 1			1.527
				R1
R1x	79.81	11.98
				R1y	-48.62
R2(Anamorphic)
				R2x	-15.47	10.00
R2y*	-31.46
				lens 2			1.527
R3 (Anamorphic)
				R3x	19.60	8.00
R3y*	62.12
				R4(Y Toroid)
R4x	71.71	101.12
				R4y*	40.00
感光鼓(drum)R5	∞	0.00

*表示非球面

表十四(第四实施例之光学面非球面参数)

经由此所构成的二片式fθ镜片，f_(1)Y＝136.21、f₍₂₎Y＝-243.44、f_sX＝19.258、f_sY＝270.784(mm)可将扫描光线转换成距离与时间为线性之扫描光线光点，并将微机电反射镜10上光点S_a0＝13.81(μm)、S_b0＝3522.04(μm)扫描成为扫描光线，在感光鼓15上进行聚焦，形成较小的光点12，并满足(4)～式(10)之条件，如表十五；感光鼓15上以中心轴Z轴在Y方向距离中心轴Y距离(mm)的光点的高斯光束直径(μm)，如表十六；且本实施例之光点分布图如图10所示。图中，单位圆直径为0.05mm。

表十五(第四实施例满足条件表)

表十六(第四实施例感光鼓上光点高斯光束直径的最大值)

Y	-107.460	-96.206	-84.420	-96.206	-60.206	-48.050	-35.947	-23.914	0.000
										Max(2Ga，2Gb)	1.38E-02	1.28E-02	1.21E-02	1.28E-02	1.35E-02	1.40E-02	1.43E-02	1.39E-02	1.26E-02

<第五实施例>

本实施例的二片式fθ镜片的第一镜片131及一第二镜片132，其中第一镜片131为正屈光度新月形且凹面在微机电反射镜10侧的镜片，第二镜片132为负屈光度新月形且凸面在微机电反射镜10侧的镜片所构成，第一镜片131为新月形且凹面在微机电反射镜10侧的镜片，第一镜片131的第二光学面131b与第二镜片132的第三光学面132a均为非球面，使用式(2)为非球面公式设计；第一镜片131的第一光学面131a与第二镜片132的第四光学面132b均为非球面，使用式(3)为非球面公式设计。其光学特性与非球面参数如表十七及表十八。

表十七(第五实施例之fθ光学特性)

光学面	曲率半径(mm)	d厚度(mm)	nd折射率
				MEMS反射面 R0	∞	30.74	1
lens 1			1.527
				R1(Y Toroid)
R1x	-41.73	10.00
				R1y*	-39.34
R2(Anamorphic)
				R2x*	-11.19	12.95
R2y*	-39.34
				lens 2			1.527
R3 (Anamorphic)
				R3x*	347.39	12.00
R3y*	140.92
				R4(Y Toroid)
R4x	99.54	76.38

R4y*	124.52
				感光鼓(drum)R5	∞	0.00

*表示非球面

表十八(第五实施例之光学面非球面参数)

经由此所构成的二片式fθ镜片，f_(1)Y＝851.41、f_(2)Y＝-2714.78、f_sX＝26.469、f_sY＝1221.728(mm)可将扫描光线转换成距离与时间呈线性关系的扫描光线光点，并将微机电反射镜10上光点S_a0＝14.31(μm)、S_b0＝2983.85(μm)扫描成为扫描光线，在感光鼓15上进行聚焦，形成较小的光点12，并满足(4)～式(10)的条件，如表十九；感光鼓15上以中心轴Z轴在Y方向距离中心轴Y距离(mm)的光点的高斯光束直径(μm)，如表二十；且本实施例之光点分布图如图11所示。图中，单位圆直径为0.05mm。

表十九(第五实施例满足条件表)

表二十(第五实施例感光鼓上光点高斯光束直径的最大值)

Y	-107.460	-96.206	-84.420	-96.206	-60.206	-48.050	-35.947	-23.914	0.000
										Max(2Ga，2Gb)	1.35E-02	1.27E-02	1.21E-02	1.28E-02	1.35E-02	1.41E-02	1.42E-02	1.37E-02	1.22E-02

通过上述对实施例的说明，本实用新型至少可达下列功效：

(1)通过设置本实用新型的二片式fθ镜片，可将呈简谐运动的微机电反射镜在成像面上光点间距由原来随时间增加而递减或递增的非等速率扫描现象修正为等速率扫描，使激光束在成像面之投射作等速率扫描，使成像于目标物上形成之两相邻光点间距相等。

(2)通过设置本实用新型的二片式fθ镜片，可畸变修正于主扫描方向及副扫描方向扫描光线，使聚焦于成像的目标物上的光点得以缩小。

(3)通过设置本实用新型的二片式fθ镜片，可畸变修正在主扫描方向及副扫描方向上的扫描光线，使成像在目标物上的光点大小均匀化。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，对本实用新型而言仅是说明性的，而非限制性的；本专业技术人员理解，在本实用新型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，甚至等效变更，但都将落入本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1、一种微机电激光扫描装置的二片式fθ镜片，其适用于微机电激光扫描装置，该微机电激光扫描装置至少包含一用以发射光束的光源、一用以共振左右摆动将光源发射之光束反射成为扫描光线的微机电反射镜、及一用以感光的目标物；其特征是，从该微机电反射镜开始依序起算，该二片式fθ镜片包含一正屈光度新月形且凹面在该微机电反射镜侧的第一镜片及一负屈光度新月形且凸面在该微机电反射镜侧的第二镜片，其中该第一镜片具有一第一光学面及一第二光学面，该第一光学面与该第二光学面在主扫描方向至少有一个光学面为非球面所构成，用于将该微机电反射镜反射之角度与时间的非线性关系的扫描光线光点转换成距离与时间呈线性关系的扫描光线光点；其中该第二镜片具有一第三光学面及一第四光学面，该第三光学面与该第四光学面在主扫描方向至少有一个光学面为非球面所构成，用于将该第一镜片的扫描光线修正聚光于该目标物上；通过该二片式fθ镜片，使该微机电反射镜反射的扫描光线在该目标物上成像。

2、如权利要求1所述的微机电激光扫描装置的二片式fθ镜片，其特征是，所述二片式fθ镜片在主扫描方向进一步满足下列条件：

$0.1<\frac{d_3+d_4+d_5}{f_{\left(1\right)Y}}<1.2;$

$-0.6<\frac{d_5}{f_{\left(2\right)Y}}<-0.01;$

其中，f_(1)Y为该第一镜片在主扫描方向之焦距、f_(2)Y为该第二镜片在主扫描方向之焦距、d₃为θ＝0°时该第一镜片目标物侧光学面至该第二镜片微机电反射镜侧光学面的距离、d₄为θ＝0°时该第二镜片的厚度、d₅为θ＝0°时该第二镜片目标物侧光学面至该目标物的距离。

3、如权利要求1所述的微机电激光扫描装置的二片式fθ镜片，其特征是，所述二片式fθ镜片进一步满足下列条件：

在主扫描方向满足

$0.3<|f_{\mathrm{sY}}\&CenterDot;(\frac{(n_{d1}-1)}{f_{\left(1\right)y}}+\frac{(n_{d2}-1)}{f_{\left(2\right)y}})|<0.6;$

在副扫描方向满足

$0.1<|(\frac{1}{R_{1x}}-\frac{1}{R_{2x}})+(\frac{1}{R_{3x}}-\frac{1}{R_{4x}})f_{\mathrm{sX}}|<1.1;$

其中，f_(1)Y与f_(2)Y为该第一镜片及该第二镜片在主扫描方向的焦距、f_sX为二片式fθ镜片在副扫描方向的复合焦距、f_sY为二片式fθ镜片在主扫描方向的复合焦距、R_ix为第i光学面在副扫描方向的曲率半径、n_d1与n_d2分别为该第一镜片与该第二镜片的折射率。

4、如权利要求1所述的微机电激光扫描装置的二片式fθ镜片，其特征是，该目标物上最大光点与最小光点大小的比值满足：

$0.8<\mathrm{\&delta;}=\frac{\min (S_b\&CenterDot;S_a)}{\max (S_b\&CenterDot;S_a)};$

其中，Sa与Sb为一目标物上扫描光线形成的任一个光点在主扫描方向及副扫描方向之长度、δ为该目标物上最小光点与最大光点之比值。

5、如权利要求1所述的微机电激光扫描装置的二片式fθ镜片，其特征是，该目标物上最大光点的比值与在该目标物上最小光点的比值分别满足：

${\mathrm{\&eta;}}_{\max }=\frac{\max (S_b\&CenterDot;S_a)}{(S_{b0}\&CenterDot;S_{a0})}<0.10;$

${\mathrm{\&eta;}}_{\min }=\frac{\min (S_b\&CenterDot;S_a)}{(S_{b0}\&CenterDot;S_{a0})}<0.10;$

其中，S_a0与S_b0为该微机电反射镜反射面上扫描光线的光点在主扫描方向及副扫描方向的长度、S_a与S_b为一目标物上扫描光线形成的任一个光点在主扫描方向及副扫描方向的长度、η_max为该微机电反射镜反射面上扫描光线的光点经扫描在该目标物上最大光点的比值、η_min为该微机电反射镜反射面上扫描光线的光点经扫描在该目标物上最小光点的比值。

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