TWM357614U - Two optical elements f-θ lens of MEMS laser scanning - Google Patents

Description

M357614 八、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 本創作係㈣-種微機f雷射掃描裝置之二以㊉鏡片，特 別指-觀⑽正呈_性運動之微機電反射鏡喊生隨時間成 正弦關係之角度變化量’以達成雷射細裝置所要求之線性掃描 效果之二片式历鏡片。

【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啦 scanning)，如美國專利 US7079m、US6377293、US6295n6，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(laserbeam)，先經由一準直鏡(()〇11丨111站〇1>)，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’能在副掃猫方向(sub seanning directi〇n)之 γ 軸 上之見度能沿著主掃描方向(main scanning direction)之X軸之平行 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(X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， 而历線性掃描鏡片係設置於多面鏡旁側，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 M357614 鏡片之功能在於使經由多面鏡上之反射鏡反射而射入历鏡片之雷 射光束此I,、、'成橢圓型光點並投射在一光接收面(ph〇t〇recept〇r drum即成像面)上，並達成線性掃描(冗_^啤從邮)之要求。 • 然習狀雷射掃㊣裝置LSU在使駐會有下列問題： (1) 、鉍轉式多面鏡之製作難度高且價格不低，相對增加[su 之製作成本。 (2) 、多面鏡須具高速旋轉(如4〇〇〇〇轉/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轴寬度極薄，使習用LSu • 中均需增5又一柱面鏡(cylindrical lens)以使雷射光束經過柱面鏡能 聚焦成-線(Y軸上成-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4〇〇〇〇轉/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 束中心軸並非正對多面鏡之中心轉軸，以致在設計相配合之扭鏡 鲁片日守，舄同時考慮多面鏡之離軸偏差(off axis deviation)問題，相對 增加伤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，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（torsion oscillators) ’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 )、知描态(scanner)或雷射印表機(iaser坪此红)之雷射掃描裝 置(laser scanning unit ’ 簡稱 LSU)，其掃描效率(Scanning efficiency) M357614 將可间於傳統的旋轉多面鏡。如美國專利US6,844,951、 服,956,597，係產生至少—驅動訊號，其驅動頻率趨近複數微機 電反射鏡之共振解H轉減，鶴誠電反射鏡以產生 掃跑路技、US7,064,876、US7，184，187、US7,190,499、 US2〇_113393 ;或如台灣專利TWM253133，其係於-LSU模 組結構中準直鏡及fe鏡片之間，_—微機電反射鏡取代習用旋

轉式多面鏡，藉以控制雷射光束之投射方向；或如日本專利JP 06 201350專。此试機電反射鏡具有元件小，轉動速度快，製造 鲁成本低的優點。然而由於微機電反射鏡，在接收一電壓驅動後， 將作簡相運動，且此簡諧運動(harmonic motion)之方式為時間與 角速度呈正弦_，而投射於微機電反魏，其經反射後之反射 角度Θ與時間t的關係為：

(1) 為雷射光束經微機電 反射鏡後，單邊最大的掃描角度。 因此，在相同的日吝問閜眩*ΤΓ Λ

亦即當此反射的光線料同纽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«電反射鏡之獅肖度錄正弦波之波峰及 波谷時，肢變化量將隨時間遞增或遞減，與習知之多面鏡成等 角速度機之運動方式不同，若使㈣知之扭制於具有微機電 反射鏡之雷射掃猫裝置(LSU)上，將無法修正微機電反射鏡所產生 之角度變化量，造紐射在絲社之雷射光速鼓生非等速率 7 M357614 掃描現象而產生位於成像面上之成像偏差。因此，對於微 射鏡所構成的冑轉描裝置’ _為賴雜轉縣置(娜廳 LSU)，其特性為雷射光線經由微機電反射鏡掃描後，形 光線，因此發展可使用於微機電雷射_ ，的历鏡W修正掃描光線，使可在目標物上正確成像，如 # 11 ^化f ’但由於雷射光讀面並非理想的極小圓 形’而其截面Μ狀翻形’僅由主掃描方向修正，尚難達精产 m展在祷描朗掃财向朗時修正掃描光線的= 隹見片，則為迫切所需。 【新型内容】 本創作之目的在於提供一種微機電雷射掃描裝置之二片式扭 切鏡片由微機電反射鏡依序起算，係由第一鏡片 之鏡片所構成，第二鏡片為雙凸型之鏡片所構成，可將 姆’而達成雷 作^—目的在於提供—種微機電雷射掃描裝置之二片 投射在目標物瑜㈣之面積，而達成 作之再—目的在於提供—種微機電雷射掃純置之二片 ，π變修正因掃描光線偏▲光軸，而造成於主掃描方 像品質(reim；^=w碼⑽，-成提升解 M357614 +因此’本創作微機電雷射掃贿置之二片式鏡片，適用於 .^ ^ 3冑發射雷射光束之辆以共振左右鶴將光源發射之 田于光束反射成為掃描光線之微機電反射鏡，以在目標物上成 .f ’對於雷射印表機而言’此目標物常為感級(dmm)，即，待成 L之光H由光源發出雷射光束’經由微機電反射鏡左右掃描， 从機电反射缺射雷縣束形成掃描光線，掃描光線經由本創作 之一片式财見片修正角度與位置後，於感光鼓上形成光點(叩的）， 由於感光妓塗有光敏劑，可感應碳粉使其聚集於紙上，如此可將 φ 資料列印出。 本創作之—片式fe鏡丨包含由微機電反射鏡依序起算之一第 -鏡片及-第二鏡片’其中第—鏡片具有—第—光學面及一第二 光學面’第—光學面與第二㈣面，社掃描方向至少有一個光 學面為非球面所構成’係主要將呈_之微機電反射鏡，在 成像面上光關距由絲隨時間增加而遞減或遞增_等速率掃 “現象’修正為等速轉描，使雷射光束於成像面之投射作等速 率掃，。第二鏡片具有—第三光學面及二第四光學面，第三光學 籲面與第四光學面’在主掃财向至少有“個光學面為非球面所構 成’主要_均自化掃目肖光線於主掃描方向及副掃描方向因偏移 光軸而造成於感光鼓上形成成像偏差，並將第一鏡片之掃 修正聚光於目標物上。 " 【實施方式】 請參照圖1，為本創作微機電雷射掃描裝置之二片式历鏡片 之光學路徑之示意圖。本創作微機電雷射掃描裝置之二片式^铲 片包含一具有一第一光學面131a及一第二光學面131b之第 M357614 片131，與一具有一第三光學面132a及一第四光學面13沈之第二 鏡片m ’係適用於微機電雷射掃瞒裝置。圖中，微機電雷射掃描 • 裝置主要包含一雷射光源1卜一微機電反射鏡ίο、-柱面鏡16、 • 二光電感測器Ma、14b，及一用以感光之目標物。在圖中，目標 物係以用感光鼓(drum) 15來實施。雷射光源u所產生之光束ιη 通過柱面鏡16後’投射顺機電反射鏡1Q上。而微機電反射鏡 ίο以共振左右獅之方式，冑光束m反射成掃晦光線m 113b、114a、114b、115a、ll5b。其中掃猫光線咖、⑽、⑽、 • U4b、U5a、U5b在X方向之投影稱之為副掃描方向(sub scanning direction) ’在γ方向之投影稱之為主掃描方向(main職_ 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 與時間t之關係圖。由於微機電反射鏡1〇呈一簡譜運動，其運動 角度隨時暇-正雜化，因此掃目純線之射出肢與時間為非 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，七，，而此角速度不均等的财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係讯置 於微機電反射鏡κ)最大掃描角度地之内，其夾角為±θρ，雷ς光 束由圖2之波峰處開始被微機電反射鏡1〇所反射，此時相去於 1之掃描光線115a ;當光電感測器14a偵測到掃描光束的二候： 表示微機電反射鏡10係擺動到+θρ角度，此時相當於圖丨_ 1線114a ;當微機電反射鏡10掃描角度變化如圖二的&點時了 = 時相當於掃描光線l13a位置；此時雷射光源u將被驅動而A 雷射光束111，而掃描至圖2的b點時，此時相當於掃描光線 位置為止(相當土θη角度内由雷射光源11發出雷射光束丨丨丨）.者$ M357614 機電反射鏡K)產生反振時，如於波段a， 動而開始發出雷射光束in ;如此完成-個週期从11被驅 請參照圖1及圖3,其中圄2 &、3、证始 描光線之光學徑圖。其中片及第二鏡片之掃 鏡1〇之轉動角度進入逃時曲田角度，當微機電反射 =_機電反射鏡1G反射為辦光線，#掃^2 = ㈣細，131之第—光學面咖與第二光學 射，將微機電反射鏡10所反射之距離與時

===線性關係之掃描光線二= =鏡片^與弟二鏡片132後，藉由第—光學面咖、第 :面131b、第二光學面132a、第四光學面咖之光學性質，將 掃描紐聚f、於感光鼓15上，秘感級15上戦—列的光點 (Spot) 2。於感光鼓15上，兩最遠光點2之 3。其中，幢機電反射鏡10至第—光學面131^ 第-先學面13la至第二光學面⑽之間 至第三光學面恤之間距、d4為第三光學面咖至第 距、d5為第喊學面⑽域域^之間距，為第 -光學面ma之曲率半徑(Curvature)、R2為第二光學面之曲 率半徑、&為第三光學面ma之曲率半經及仏為第四光學面⑽ 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(sp〇t area)隨投射位置之不同而變化之示意圖。當掃喊線服沿光轴 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之肖度為零，於主掃描方向 所產生之偏神是零，@此成像於觀鼓U上之絲^為一類 M357614 Ϊ形广掃描光線1131?及113(：透過第一鏡片131及第二鏡片132 <而心射在感級15時，因人射於第—鏡片131及第二鏡片说 =光轴所形成之夹角不為零，於主掃描方向所產生之偏移率不為 ^，而造成於輯描方向之投影長度較掃描光線心所形成的光 點為大；此情形在副掃描方向也_，偏離掃描光線ma之掃描 光線所形成的光點’也練A ;所以絲㈣光鼓15上之光點 2b、2c為一類橢圓形，且2b、2c之面積大於％。其中，^與如 為微機電反機1G反射社掃目肖光_総縣娜方向(Y方 向)及副掃描方向(X方向)之長度、Ga與❻為掃猫光線之高斯光束 ⑹auSslanBeams)於光強度為13 5%處在γ方向及χ方向之光束半 徑’如圖5所示’圖5中僅顯示γ方向的光束半徑之說明。 *Τ上所述’本創作之二片式扭鏡片可將微機電反射鏡1〇反射 之掃4田光線，將肖斯光束之掃描光線進行崎變(―⑽㈣修正，及 7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 心方向^掃描光線在X方向與γ方向之光束半徑經過㈣片的各 角度-疋的放大率，於成像面上產生絲，以提供符合需求的解 析度。 一為達成上述功效，本創作二片式扭鏡片在第一鏡片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〗32b，在主掃描方向或副掃描方向，可使用球 面曲面或非球面曲面設計，綠用非球面曲面設計，其非球面曲 面係以下列曲面方程式： 1 . h 像曲面方程式(Anamorphic equation) Z = -_ (Cx)X2+(Cy)Y2__|· 1 + Λ^-Ο^ΚχχΟχΫΧ2 -(1 + Ky)(Cy)2 Y2 + Ar ~ Ap)尤 +(1 + 為0叫十 12 M357614 5 上-⑽2 +(1 +孕，f +c』l —Q)X2 +(1 + C,,)72]4 +

Dr [(1 - Dp )X2 + (1 + j5 (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)，轉，刀別為X方向及Y方向之曲率(curvature); &與心 刀別為X方向及γ方向之圓錐係數(C〇n!c c〇e迅cient);為、'、& /、刀另J為方疋轉對稱(r〇tati〇nany Symmetric p〇r^〇n)之四次、六 人 人十-人冪之圓錐變形係數(deforination from the conic); 1 p 契 A 为別非旋轉對稱（non-rotationally symmetric φ components)之分別為四次、六次、八次、十次冪之圓錐變形係數 (def〇rmation ft0m the c〇nic);當c =c，火=尤且為 ^ =〇 則簡化為單一非球面。 2 :環像曲面方程式(T〇ric equati〇n) z=办+__i^EL_

i+Vh5)^F

Cxy =-i- {VCx)-Zy 7 一 {Cy)Y2 y~ Wi-(i+^^F+BAr+B6r+Br+BwY- (3) 瞻纟巾’z為1¾片上任—點以光軸方向至Q點切平面的距離 (SAG); ς與q分別γ方向與X方向之醇(贿ature); &為γ 方向之圓錐絲(C〇nie eGeffident) ; & 四次、六 次、八次、十次冪之係數(4th〜10th order coefficients) deformation from the conic) ’田c>Cy且〜=為=^=/)厂。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； 本創作之二片式历鏡片可將掃描光線U3a至掃描光線㈣之 13 M357614

間’藉由第-鏡片131及第二鏡片132進行婦描尤線出射角之修 正’使相p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m經由微機電反射鏡10反射後，其高斯光料径仏田與& 較大’如果此掃描光線經過微機電反射鏡1〇與感光鼓i5之距離 後，高斯光束半徑①與Gb將更大，不符合實用解析度要求；本 創作之二片式ίθ鏡片進-步可將微機電反射鏡1()反射的掃描光線 服至掃描光線113b之間形成仏與叫交小的高斯光束，進行聚 焦於成像的感級15上產生較顿域；再者，本創作之二片式 历鏡片更可將成像械級15上的光點大小均勻化（限制於一符 合解析度要求的範圍内），以獲得最佳的解析效果。 本創作之二片式㈣片包含，由微機電反射鏡Η)依序起算， -鏡片131及第二鏡片132，第一鏡片131為一雙凸形之鏡 片弟一鏡片132為—雙凸形之鏡片所構成，其中第-鏡片131 =第光學面131a及第二光學面131b，係將微機電反射鏡川

=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 為線性關係之掃描統光點；其中第二鏡片132具 Γ目\^四光學面㈣’係將第—鏡片131之掃描光線修正聚光 藉由該二片式扭鏡片將微機電反射鏡ig反射之掃描 先線於感光鼓15上成像；其中，第一光學面l3ia、第二 三鱗面132a及第四辟面132b在主掃财向至 一個為非球面所構成之光學面、第—光學面13ia、第 =卜第三絲面132a及細絲面咖在贿描方向可^少 非球面所構成之光學面或在副掃描方向均制球面所構 成之光干面。更進一步，在第一鏡片131及第二鏡片132構成上， 14 M357614 在光學效果上，本創作之二片式fB鏡片，在主掃描方向進一步滿 足式(4)〜式(5)條件： (4) (5) 0.5 < +d5 <0.9 〇·2 < < 0‘6

J{2)Y 或’在主掃描方向滿足式(6) 0.5 < f Y ^.nd\ --1) , '(2) v <0.8 ⑹ 且在副掃描方向滿足式(7) 0Μ6<{τ~^)+^'ί)1χ<ι·° (7) 其中，ί^γ為第一鏡片131在主掃描方向之焦距、化尺為第二 鏡片132在主掃描方向之焦距、山為θ=〇。第—鏡片131之目標物 側光學面至第二鏡片132微機電反射鏡1G側光學面之距離、知為 θ=0。第二鏡>;132厚度、屯為㈣。第二鏡片132之目標物側光學 面至目標物之距離，^為二片式历鏡片在副掃描方向之複合焦 • 距(C〇mbinati〇n focal length)、心為二片式扭鏡片在主掃描方向之 複合焦距、RixS i光學面在副掃描方向的曲率半徑；&為第i光 學面在主掃描方向的醇半徑；灿與&為第—鏡片i3i與第二 鏡片 132 之折射率(refraction index)。 再者，本創作之二片式f〇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 示，即滿足式⑻： 0.4^Λ 'Sa) max(Sh -Sa) ^ (8) 更進步’本創作之二片式历鏡片所形成的解析度，可使用 15 M357614 lax為微機電反射鏡及身15上光點最大_比触、H雜的級轉财感光鼓線的光點經掃描在感光鼓15_卜反射鏡1G反射社掃猫光 足式(9)及⑽：〜 光點最小值的比值為表示，即可滿 v max "mir maxjS^SJ min(V\) (^,0 -^ο) <0.10 <0.10 ⑼(10) 方向及Ί = 光鼓15上掃目絲線形朗任—個光點在γ ° Q之χ又、δ為感光鼓15上最小光點與最大光點之比 :光==?10反射_光線的二= ㈣^ 為微機電反射鏡10反射面上掃目苗光線的 先”、，占在主知描方向及副掃描方向之長度。 -為使本創作更加明確詳實，兹列舉較佳實施例並配合下列圖 不，將本創作之結構及其技術特徵詳述妒後： 本創作以下_故實_ ’乃歸對本_纖電雷射掃 田衣置之—片式ίθ鏡片之主要構成元件而作說明，因此本創作以 下所揭示之實施娜是應用於—微機電雷射掃贿置中，但就一 ^具有微機電雷射掃描裝置而言，除了本創作所揭示之二片式历 叙片外，其他結構乃屬-般通知之技術，因此—般在此領域中熟 悉此項技，之人士瞭解’本創作所揭示微機電雷射掃描裝置之二 =式ίθ鏡#之構成元件並不限制独下所揭示之實關結構，也 就是該微機電雷轉描裝置之二片式历鏡Μ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131及 第二鏡片Π2之曲率半徑設計或面型設計、材魏用、間距調整 等並不限制。 16 M357614 鲁 <第一實施例> 本實關之二片式历鏡片之第一 ⑶’其中弟-鏡片131a為雙凸形之 ，弟-氣片 形之鏡片所_，在第 弟一鏡片丨32為雙凸 球面、主掃描杨鱗 4 —光學面咖卿描方向為 學面mb、第二鏡片132第三光；為非球面公式設計，第二光 係為非球面，使用式(2)為非球面=3=第=學面咖均 參數如表一及表二。 又计。其光學特性與非球面 光學面 曲率半徑(mm> (optical surface)丨 MEMS及射面R lens 1 R1(T Tories (curvature) 〇〇 Rlx 154.13 Rly* R2iAnamorphic) 127.87 R2x* R2y* -18.59 -359.71 lens 2 R3 fAnamorphic) R3x* 97.76 R3y* R4(Anamorphic) 400.00 R4x* -61.37 R4y* -553.23 d厚度(mm) 〔thickness、 感先鼓(drum)R5 15.00 nd折射率 (refraction index) 9.64 15.00 ^.〇〇 107.77 1.6071 M357614 表二、第一實施例之光學面非球面參數 光學面(optica surface) 環像曲面方程式係數T〇ric equation Coefficient d Ky圓錐係數 (Conic Coefficent) 4th次冪係數 Order Coefficient (B4) 6th次冪係數 Order Coefficient (B6) 8th次冪係數 Order Coefficient (B8) 10th次冪係數 Order Coefficient Rl* 2.7213 E+00 2.7938E-08 1.3377E-10 0.0000E+00 0.0000E+00 橫像曲面方程式係數(Anamorohic eciuation coefficent) 光學面(optical Ky圓錐係數 4th次冪係數 6th次冪係數 8th次幂係數 10th次冪係數 surface) (Conic Order Order Order Order Coefficent) Coefficient (AR) Coefficient (BR~) Coefficient (CR) Coefficient (DR) R2* -7.5114E+00 -1.3947E-06 8.3524E-10 O.OOOOE+OO 0.0000E+00 R3* -1.0000E+01 -9.2028E-07 -1.8204E-11 O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO R4* -1.1436E+02 5.3187E-07 -1.9865E-11 O.OOOOE+OO 0.0000E+00 Kx圓錐係數 4th次冪係數 6th次冪係數 8th次幂係數 10th次冪係數 (Conic Order Order Order Order Coefficent) Coefficient (AP) Coefficient (BP) Coefficient ίΓΡ、rnpffiHwcnD、 R2* -1.8923E+00 3.7440E-01 0.0000E+00 0.0000E+00 O.OOOOE+OO R3* -1.0000E+01 -1.2404E-01 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 R4* -1.3435E+02 5.5037E-01 O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO 0.0000F.+〇n

經由此所構成的二片式ίθ鏡片之光學面，180.147、ί^γ= 390.634、fsX=27.210、fsY=128.433 (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 Sa0=12.90(pm)、Sb〇=4618.85(pm)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6，並滿足式(4)〜式(1〇)之條件，如 φ 表三、感光鼓15上以中心軸z軸在Y方向距離中心軸γ距離(mm) 的光點之高斯光束直徑(μιη)，如表四；复本實施例之光點分布图 如圖7所示。 β 18 M357614 表三、第一實施例滿足條件表 f〇>y dr f(2)Y 主掃描方向 副掃描方向 δ f,r

Xnd\ ~!) | (^2 -1) /⑴， f(2)y (―-

η. R'x 尺2 minQVD max^ -SJ _ maxH) (^bO ' ^a〇) _ minQVD = "(^〇-^〇)

-)+十- K v3jc 0.7481 0.2759 0.5746 0.7820 0.4653 0.0593 0.0276 表四、第一實 知例感光鼓_L光點高斯縣餘的最大值 ，陶Gb) 9i^03J£gi〇3 ·36.198 ·24.14 丨 0000 ---------1-75Ε-02 2.20Ε-02 2.36Ε-02 2.23Ε-02

<第二實施例> 本實施例之二片式扭鏡片之第—鏡片^ 131a 娜形 非球面，使用式(2)為J玫面^四先學面132b均係為 如表五及表六。 其光學特性與非球面參數 19 M357614 表五、第二實施例之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反射面R oo 23.33 1 lens 1 1.527 RlfAnamorohic') Rlx* 72.15 9.88 Rly* 124.78 R2fAnamorDhic) R2x* -15.41 15.00 R2y* -599.12 lens 2 1.527 R3fAnamorphic) R3x* 43.60 12.00 R3y* 244.04 R4iAnamorphic) R4x* 45.82 108.49 R4y* -600.00 感糸鼓(drunORi 氺主二Irfe OO 0.00

表六、第二實施例之光學面非球面參數

光學面(optical surface) 橫像曲面方程式係數(Anam〇rphic equati〇n c〇ef|~Icent) Ky圓錐係數 (Conic Coefficent) 4th次幂係數 6th次冪係數 Order Order Coefficient (AR) Coeffidpnt mR、 8th次幂係數 10th次冪係數 Order Order Coefficient (CR) Coefficient (DR) Rl* 2.0781E+00 1.2318E-05 1.3661E-10 0.0000E+00 0.0000E+00 R2* -1.9587E+01 -1.4038E-06 8.6205E-10 0.0000E+00 0.0000E+00 R3* -1.0000E+01 -9.7765E-07 1.6357E-11 0.0000E+00 0.0000E+00 R4* -1.3929E+02 5.4876E-07 -3.3294E-11 0.0000E+00 0.0000E+00 Kx圓錐係數 4th次幕係數 6th次幂係數 8th次冪係數 10th次冪係數 (Conic Order Order Order Order Coefficent) Coefficient (AP) Coefficient (BP) Coefficient (CP) Coefficient ίΠΡΊ Rl* -4.3754E+00 -9.8094E-01 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 R2* -4.7854E+00 3.6989E-01 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 R3* -1.0000E+01 -8.7446E-02 O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO 0.0000E+00 R4* -1.4715E+02 5.7496F.-01 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+OO 經由此所構成的二片式扭鏡片，f(]〇Y= 196.796、f^Y= 330.649、 fsX=22·674、fsY=l28.9〇8 (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83()=ΐ2.9〇(；μιη) Sb0=4618.85(pm)掃描成為掃描光線，在感光鼓15上進行聚售，圯 20 M357614 成杈小的光點8 ’並滿足(4)〜式(ίο)之條件，如表七；感光鼓15上 以中心軸Z軸在γ方向距離中心軸γ距離的光點之高斯光束 直徑(μηι)，如表八；且本實施例之光點分布圖如圖8所示。 表七、第二實施例滿足條件表

f(\)YA_ /(2)y主掃描方向 副掃描方向 Λΐ).ν f(2)y δ = 77max ^inin minQVD max〇VD max^ -Sa) bO ' ^aO ) _ min(^ -Sa) _ (ΚΓ (t— 0.6885 0.3281 0.5507 0.1039 0.4001 0.0844 0.0335 表八、第二實施规光鼓上光點高斯絲餘的最大值 -24.112 0.000 4.47E-03 3.28E-03 Y .1G7.46G -96.078~~-84 301 ^77^1 ---- υι -72.339 -60.302 -48.240 -36 I：

Max(2Ga, 2Gb) 1.07E-02 6 17E-03 4 9f>P m ^ --^iii!ii^i_6.86E-03 5.35E-03 5.98E-03 6.4IE-<第三實施例> 本貫施/列之二片式抅鏡片之第一鏡片131及一第二鏡片 132 ’其中第m31a為雙凸形之鏡片、第二鏡片132為雙凸 形之鏡^所構成，在第—鏡片131第__光學面Bla與第二光學面 131b、第二鏡片132第三光學面B2a與第四光學面⑽均係為 21 M357614 其光學特性與麵面參數 非球面式(2)為非球面公式設計 如表九及表十。 表九、第三實施例之扭光學特性 光學面 (optical surface) 曲率半徑(mm) (curvature d厚度(mm) (thickness) nd折射率 (refraction index、 MEMS反射面R 〇〇 23.18 Γ lens 1 1.527 RKAnamorohic) Rlx* 70.52 9.68 Rly* 123.64 R2iAnamorphic) R2x* -15.41 14.81 R2y* -555.30 lens 2 1.6071 R3iAnamorDhic) R3x* 44.07 11.91 R3y* 315.00 R4fAnamorohic) R4x* 45.97 108.90 R4y* -566.79 感光鼓(drum)R5 〇〇 0.00

*表示非球面 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次冪係數 6th次幂係數 8th次冪係數 10th次冪係數 surface) (Conic Order Order Order Order Coefficent) Coefficient (AR) Coefficient (BR) Coefficient (CR) Coefficient (DR ^ Rl* 2.2481E+00 1.2584E-05 1.2896E-10 0.0000E+00 0.0000E+00 R2* -7.5452E+00 -1.4140E-06 8.5697E-10 0.0000E+00 0.0000E+00 R3* -S.3508E+00 -9.0972E-07 1.6827E-12 0.0000E+00 0.0000E+00 R4* -I.3907E+02 5.3447E-07 -2.I351E-I1 0.0000E+00 0.0000E+00 Kx圓錐係數 4th次冪係數 6th次冪係數 8th次冪係數 10th次幂係數 (Conic Order Order Order Order Coefficent) Coefficient (AP) Coefficient (BP) Coefficient (CP) Coefficient (DP) Rl* -5.2480E+00 -9.7402E-01 O.OOOOE+OO 0.0000E+00 0.0000E+00 R2* -4.9462E+00 3.7443E-01 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 R3* -9.6695E+00 -1.1990E-01 O.OOOOE+OO 0.0000E+00 0.0000E+00 R4* -1.3892E+02 5.5567E-01 0.0000E+00 O.OOOOE+OO 0.0000E+0O 經由此所構成的二片式fB鏡片，f⑴192.74卜f(2)Y= 340.815、 22 M357614 fsX=22.414、fsY=128.586(mm)可將掃描光線轉換成距離 性之掃描光線光點，並將微機電反射鏡川上 —/、守間為線

Sb0= 4議㈣掃描成為掃描親，在感光鼓斗 成較小的光點ίο，並滿足(4)〜式(1())之條件，丁;’形 15上以中心軸Z軸在Y方向距離中心軸γ距離㈣白勺== 斯光束直徑㈣，如表十二；本實施例之光點分布圖如圖9所^ 表十一、第三實施例滿足條件表 /(1 )r d5 f(2)Y 主掃描方向 0.7036 0.3195 r(〜r—Hl) 副掃描方向 minU) f(\)y(i 士 )+(ϋ& 'my 0.5806 0.1000 δ η, maxOVD _ max(H) (n)— _ minQVD _ ' (Sh0-Sa0)' 0.4103 0.0853 0.0350 表十二、第二貫施例感紐上光點高斯光束直徑的最大值 -107.460 -95.927 -84.090 -72.134

Y -60.139 -48.128 -36.107 -24.077 0.000

Max(2Ga, 2Gb) 1.66E-02 1.95E-02 1.64K-0? ssipn^ i ^nr πλ ---S.51h-03 1.20E-02 1.63E-02 1.96E-02 1.94E-02 1.59E-02 <第四實施例> 本實施例之二片式扭鏡片之第一鏡片131及一第二鏡片 132’其中第一鏡片I3la為雙凸形之鏡片、第二鏡片132為雙凸 形之鏡片所構成，在第一鏡片131第一光學面i3la與第二光學面 23 M357614 131b、第二鏡片132第三光學面132&盘第四 ，使用式(2)為非球面公式設計。其光學‘= 如表十三及表十四。 ，、非球面參數

表十三、第四實施例之历光學特性 光學面 曲率半徑(mm) (optical surface) (curvature^ d厚度(mm) nd折射率 ithickness) (refraction index) MEMS反射面R 〇〇 9.56 1 lens 1 1.527 RKAnamorDhic'l Rlx* 172.85 9.56 Rly* 127.81 R2(，Anamorohic') R2x* -18.52 15.00 R2y* -351.15 lens 2 1.6071 R3 fAnamorohic) R3x* 97.26 12.00 R3y* 400.00 R4(AnamorDhic') R4x* -61.26 107.62 R4y* -573.04 威糸鼓(drum)R5 〇〇 0.00 *表示非球面

24 M357614 表十四、第四實施例之光學面非球面參數 光學面(optica surface) 橫像曲面方程式係數(Anamorphic equation coefhcent) il Ky圓錐係數 (Conic Coefflcent) 4th次幂係數 6th次冪係數 8th次冪係數 丨〇th次冪係數 Order Order Order Order Coefficient (AR) Coefficient (BR) Coefficient (CR) Coefficient (DR) Rl* 2.579262 〇.〇〇〇〇〇〇 〇.〇〇〇〇〇〇 〇.〇〇〇〇〇〇 〇.〇〇〇〇〇〇 R2* -1.0000E+01 -1.3913E-06 8.4170E-10 O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO R3* -8.3403E+00 -9.0970E-07 -1.4453E-11 O.OOOOE+OO 0.0000E+00 R4* -1.1534E+02 5.3440E-07 -2.1346Ε-Π O.OOOOE+OO 0.0000E+00 Kx圓錐係數 4th次幕係數 6th次冪係數 8th次幂係數 l〇th次幂係數 (Conic Order Order Order Order Coefficent) Coefficient (AP) Coefficient (BP) Coefficient (CP) Coefficient (DP) Rl* 22.413383 0.755520 〇.〇〇〇〇〇〇 〇.〇〇〇〇〇〇 〇.〇〇〇〇〇〇 R2* -2.5095E+00 3.7416E-01 0.0000E+00 O.OOOOE+OO 0.0000E+00 R3* -1.0000E+01 -1.1991E-01 0.0000E+00 O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO R4* -1.3383E+02 5.5557E-01 0.0000E+00 O.OOOOE+OO 0.0000E+00

I 經由此所構成的二片式fe鏡片，f(1)Y= J 78 957、f(2)Y= 396249、 fsx=27.264、fsY=128.360 (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1G上光點m9〇㈣、 ^4618.85(_掃描成為掃描光線，在感光鼓15上進行聚隹，形 成較小的光點丨2，並滿足(4)〜式⑽之條件成光 上以中心軸Z軸在γ方向距離中心 卞 = 斯光束直和(圆），如矣丄 隹(mm)的光點之南 ^束紅㈣如表十六，且本實施例之光點分布圖如圖心斤

I 25 M357614 表十五、第四實施例滿足條件表 + d4 + ί/5 > ,(2)y 主掃描方向 副掃描方向 fs

SY f(2)y g _ minH) max(Sh -Sa)maxQVD min(H)n〇r ?7 min 0.7522 0.2715 0.5746 0.7852 0.4823 0.0577 0.0278 表十六、第四實施賊級上光點高斯絲直徑的最大值 γ Max(2Ga, 2Gb) -107.463 -95.538 -83.553 5.82E-03 8.73E-03 6.85E-03 -71.594 -59.670 -47.760 -35.843 -23.909 〇.〇〇〇 4.83E-03 5.39E-03 5.69E-03 5.9IE-03 4.74E-03 2.21 E-03 <第五實施例> 本實施例之二片式fB鏡片之第—鏡片131及—第二鏡片 132，其中第-鏡片131a為雙凸形之鏡片、第二鏡片132為雙凸 ^鏡=第i片131第—光學面131a與第二光學面 學面132a與第四辟面㈣均係為 如表十七及表_式設計。其光學雜與鱗面參數 26 M357614 表十七、第五實施例之历光學特性 光學面 (optical surface) 曲率半徑(mm) (curvature) d厚度(mm) (thickness) nd折射率 (refraction index) MEMS反射面R OO 18.96 1 lens 1 1.527 RliAnamorphic) Rlx* -300.00 10.00 Rly* 131.90 R2fAnamorr)hic) R2x* -18.13 15.00 R2y* -323.59 lens 2 1.6071 R3 (Anamorohic) R3x* 54.02 12.00 R3y* 400.00 R4iAnamorphic) R4x* -76.28 107.23 R4y* -554.29 感糸玆Cdrum'lRS OO 0.00

*表示非球面 表十八、第五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次冪係數 6th次冪係數 ?th次冪係數 10Λ次冪係數 surface) (Conic Order Order Order Order Coefficent) Coefficient (AR) Coefficient (BR) Coefficient (CR) Coefficient (DR) Ri* 3.679044 〇.〇〇〇〇〇〇 〇.〇〇〇〇〇〇 〇.〇〇〇〇〇〇 〇.〇〇〇〇〇〇 R2* -1.0000E+01 -U986E-06 1.1815E-09 0.0000E+00 0.0000E+00 R3* •8.3403E+00 -9.0970E-07 1.1725E-11 0.0000E+00 0.0000E+00 R4* -1.6497E+02 5.3440E-07 -2.1346E-11 0.0000E+00 0.0000E+00 光學面(optica丨 surface) Kx圓錐係數 (Conic 4th次幂係數 Order 6th次冪係數 Order 8th次冪係數 Order 10th次冪係數 Order Coefficent) Coefficient (AP) Coefficient ίΒΡ'ϊ Coefficient (CP) Coefficient (DP) Rl* R2* 390.162531 1.835248 〇.〇〇〇〇〇〇 〇.〇〇〇〇〇〇 〇.〇〇〇〇〇〇 -1.5303E+00 4.6916E-01 0.0000E+00 O.OOOOE+OO 0.0000E+00 R3* -1.0000E+01 -1.1991E-01 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 R4* -1.9312E+02 5.5557E-01 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 經由此所構成的二片式ίθ鏡片，f(1)Y=179.(m、f(2：)Y= 390.946、 fsX=27.094、fsY=127.950(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SaQ=12.90(pm)、 Sb0二4618.85(μηι)掃描成為掃描光線，在感光鼓15上進行聚焦，形 27 M357614 成較小的光點u，並滿足(4)〜式(1Q)之條件，如表十九；感光鼓 15上以中心軸Z軸在Y方向距離中心軸γ距離彳^咖)的光點之高 斯光束直徑(μιη)，如表二十；且本實施例之光點分布圖如圖丨丨所 示。 表十九、第五實施例滿足條件表 0.7496 0.2742 0.5753 0.9085 0.4742 0.0558 0.0265 (^2 -1) /(2)y /(Dr

d5

/(2)F 主掃描方向 副掃描方向 5_^m(Sh-SJ max(^ -Sa) —maxH) ”max —1^7 _ minU)

表二十、第五實施例感光鼓上光點高斯光束直徑的最大值 Y Max(2Ga, 2Gb) -107.463 -95.538 -83.553 -71.59^9.670 -47.760 _Μ)5Ε·02 7.75Ε-03 8.24Ε-03 4.61Ε-03 3.44Ε-03 1.06Ε-02 l.57E-02 23.909 0.000 1.70Ε-02 1.47Ε-02 藉由上述之實施例說明，本創作至少可達下列功效： (1)藉由本創作之二片式扭鏡片之設置，可將呈簡諧運動之 微機電反射鏡在成像面上光關距由原來隨咖增加而遞減或遞 增的非等輕掃描現象，修正為等速轉描，使魏光束於成像 面之投射料速祷描，使祕於目標物上形叙兩相鄰光點間 28 M357614 描方(向)及作之二片式㊉鏡片之妙，可畸變修正於主掃 ^以縮小=苗方向掃描光線，使聚焦於成像的目標物上之光點 (3)错由本創作$ — μ 描方向及_財峰鏡狀紅1可畸正於主掃 勻化。 先線，使成像在目標物上的光點大小均 性：二::創實施例，對本創作而言僅是說明 所限定的精神和範解’在本創作權利要求 更，作都將h、進仃許多改變，修改，甚至等效變 仁都將洛入本創作的保護範圍内。 【圖式簡單說明】 =1為本創作二片式ίθ鏡片之光學路徑之示意圖； =2為-微^飯射鏡掃描肖度0與時⑴之關係圖； 圖3為通過弟一鏡片及第二 ^ ^ 說明圖； W之姑姐之光學路麵及符號

f積隨投射位置之不同 圖4為掃描光線投射在感光鼓上後，光點面 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為本創作通過第一鏡片及第二鏡 學路徑圖； 之細田先線之貫施例之光 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； 29 •M357614 圖ίο為第四實施例之光點示意圖；以及 圖11為第五實施例之光點示意圖。 【主要元件符號說明】 10 :微機電反射鏡； 11 :雷射光源； 111 :光束； 113a、113b、113c、114a、114b、115a、115b ••掃瞄光線； 131 :第一鏡片； 131a :第一光學面； 131b :第二光學面； 132 :第二鏡片； 132a :第三光學面； 132b :第四光學面； 14a、14b :光電感測器； 15 :感光鼓； 16 :柱面鏡； 2、2a、2b、2c ··光點；以及 3:有效掃描視窗。 30

Claims (1)

1. M357614

   九、申請專利範圍：

   •-種二片式fe鏡片’其係適用於微機電雷射掃描裝置，_ 電雷射掃描裝置至少包含-用以發射絲之光源、以共振』右擺 動將光源發射之光束反射成為掃描光線之微機電反射鏡、及一 以感光之目標物；該二片式ie鏡片包含，由微機電反射鏡依 起算’係由-雙凸形之第-鏡狀-雙凸形之第二鏡片所構成， 其中該第-鏡片具有-第-絲面及H學面，該第一光學 面與該第二光學面，在主掃描方向至少有—個光學面為非球面二 構成’係將該微機電反射鏡反射之驗與咖麵性_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^ 第二鏡片具有-第三光學面及—第四光學面，該第三光學面與該 第四光學面，在主掃描方向至少有-個光學面為非球面所構成二 係將該第一鏡片之掃描光線修正聚光於該目標物上；藉由該二片 式扭鏡片將該微機電反射鏡反射之掃描光線於該目胃桿^: 像。 2.如申請專利範圍第1項所述之二片式历鏡片，在主掃描方向進 一步滿足下列條件： 〇.5<^±Α±^<〇9 h\)y 0.2 < < 0.6 /(2)y 其中’ W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、θ為該微機電反射鏡反射之角度、 山為θ=0°該第一鏡片之目標物侧光學面至該第二鏡片微機電反 射鏡侧光學面之距離、屯為θ=0。該第二鏡片厚度、山為θ=〇。該 第二鏡片之目標物侧光學面至該目標物之距離。 31 M357614 3.如申請專利範圍第1項所述之二片式历鏡片 條件： 進一步滿足下列 在主掃描方向滿足 0.5 < fsY y 在副掃描方向滿足 0.086 < <0.8 <1.0 ; 4χ

   其中’ 與f(2)Y為該第一鏡片及該第二鏡片在主掃描方向 之,、、、距fsx為一片式ίθ鏡片在副掃描方尚之複合焦距、心為一 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； 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1項所述之二片式ίθ鏡片，其中最大光點與 最小光點大小的比值滿足： /、 maH)

   八中sa與sb為該目標物上掃目苗光線形成的任—個光點在 主掃描方向及副掃描方向之長度、δ為該上最小光點與最大光點 之比值。 〇0 > '/)〇 ，s 32 M357614 其中’sa〇與sbG為該微機電反射鏡反射面上掃瞄光線的光點 在主掃描方向及副掃插方向之長度、Sa與&為該目標物上上 猫光線形成的任-個光點在主掃描方向及副掃描方向之長产、 ===電反射鏡反射面上掃料線的光__在ί目 大光點的比值、η_為該微機電反射鏡 線的光點經掃描在該目標物上最小光▲的比值。 押田九

   33