專利名稱：微機(jī)電激光掃描裝置的二片式fθ鏡片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種微機(jī)電激光掃描裝置的二片式fθ鏡片，特別指一種用以修正呈簡(jiǎn)諧性運(yùn)動(dòng)的微機(jī)電反射鏡而產(chǎn)生隨時(shí)間成正弦關(guān)系的角度變化量，以達(dá)到激光掃描裝置所要求的線性掃描效果的二片式fθ鏡片。

背景技術(shù)：
目前激光束打印機(jī)LBP(Laser Beam Print)所用之激光掃描裝置LSU(LaserScanning Unit)，是利用一高速旋轉(zhuǎn)的多面鏡來操控激光束的掃描動(dòng)作，如美國專利US7079171、US6377293、US6295116，或如臺(tái)灣專利I198966所述。其原理如下簡(jiǎn)述半導(dǎo)體激光發(fā)出激光束，先經(jīng)過準(zhǔn)直鏡，再經(jīng)過光圈(aperture)而形成平行光束，而平行光束再經(jīng)過柱面鏡后，能在副掃描方向(Y軸)的寬度上沿著主掃描方向(X軸)的平行方向平行聚焦而形成一線狀圖像，再投射至一高速旋轉(zhuǎn)之多面鏡上，而多面鏡上均勻連續(xù)設(shè)置有多面反射鏡，其恰位于或接近于上述線狀圖像之焦點(diǎn)位置。通過多面鏡控制激光束的投射方向，當(dāng)連續(xù)的復(fù)數(shù)個(gè)反射鏡在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)可將射至一反射鏡上的激光束沿看主掃描方向(X軸)的平行方向以同一角速度偏斜反射至一fθ線性掃描鏡片上，而fθ線性掃描鏡片被設(shè)置在多面鏡一側(cè)，可以是單件式(single-element)掃描鏡片或者二件式(two-element)掃描鏡片。此fθ線性掃描鏡片的功能在于使經(jīng)由多面鏡的反射鏡反射而射入fθ鏡片的激光束能聚焦成一橢圓型光點(diǎn)并投射在一光接收面(即成像面)上，并達(dá)到線性掃描的要求。然而，傳統(tǒng)的激光掃描裝置LSU在使用上會(huì)有下列問題 (1)、旋轉(zhuǎn)式多面鏡的制作難度高且價(jià)格高，相對(duì)增加LSU的制作成本。
(2)、多面鏡須具高速旋轉(zhuǎn)(如40000轉(zhuǎn)/分鐘)功能，精密度要求又高，以致一般多面鏡上反射面之鏡面Y軸寬度極薄，傳統(tǒng)LSU中均需增設(shè)一柱面鏡以使激光束經(jīng)過柱面鏡能聚焦成一線(Y軸上成一點(diǎn))而再投射在多面鏡的反射鏡上，以致增加構(gòu)件成本及組裝作業(yè)流程。
(3)、傳統(tǒng)多面鏡須高速旋轉(zhuǎn)(如40000轉(zhuǎn)/分鐘)，致旋轉(zhuǎn)噪音相對(duì)提高，且多面鏡從啟動(dòng)至工作轉(zhuǎn)速須耗費(fèi)較長時(shí)間，增加開機(jī)后的等待時(shí)間。
(4)、傳統(tǒng)LSU之組裝結(jié)構(gòu)中，投射至多面鏡的反射鏡的激光束中心軸并非正對(duì)多面鏡的中心轉(zhuǎn)軸，以致在設(shè)計(jì)相配合的fθ鏡片時(shí)，需同時(shí)考慮多面鏡的離軸偏差(off axis deviation)問題，相對(duì)增加fθ鏡片之設(shè)計(jì)及制作上麻煩。
近年以來，為了改善傳統(tǒng)LSU組裝結(jié)構(gòu)之問題，目前市面上開發(fā)出一種擺動(dòng)式(oscillatory)的微機(jī)電反射鏡(MEMS mirror)，用以取代傳統(tǒng)多面鏡來操控激光束掃描。微機(jī)電反射鏡為轉(zhuǎn)矩振蕩器(torsion oscillators)，其表層上附有反光層，可通過振蕩擺動(dòng)反光層，將光線反射而掃描，未來將可應(yīng)用于成像系統(tǒng)、掃描儀或激光打印機(jī)的激光掃描裝置(簡(jiǎn)稱LSU)，其掃描效率將可高于傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)多面鏡。如美國專利US6,844,951、US6,956,597(產(chǎn)生至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)訊號(hào)，其驅(qū)動(dòng)頻率趨近復(fù)數(shù)微機(jī)電反射鏡的共振頻率，并以一驅(qū)動(dòng)訊號(hào)驅(qū)動(dòng)微機(jī)電反射鏡以產(chǎn)生一掃描路徑)、US7,064,876、US7,184,187、US7,190,499、US2006/0113393；或如臺(tái)灣專利TW M253133(在LSU模塊結(jié)構(gòu)中準(zhǔn)直鏡及fθ鏡片之間，利用一微機(jī)電反射鏡取代傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)式多面鏡，從而控制激光束之投射方向)；或如日本專利JP 2006-201350等。此微機(jī)電反射鏡具有組件小，轉(zhuǎn)動(dòng)速度快，制造成本低的優(yōu)點(diǎn)。然而由于微機(jī)電反射鏡，在接收電壓驅(qū)動(dòng)后，將做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)(harmonic motion)，且此簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的方式為時(shí)間與角速度呈正弦關(guān)系，而投射于微機(jī)電反射鏡，其經(jīng)反射后之反射角度θ與時(shí)間t的關(guān)系為 θ(t)＝θs·sin(2π·f·t)(1) 其中f為微機(jī)電反射鏡的掃描頻率；θs為激光束經(jīng)微機(jī)電反射鏡后，單邊最大的掃描角度。
因此，在相同的時(shí)間間隔Δt下，所對(duì)應(yīng)的反射角度系與時(shí)間成正弦函數(shù)變化，即在相同時(shí)間間隔Δt時(shí)，反射角度變化為Δθ(t)＝θs·(sin(2π·f·t1)-sin(2π·f·t2))，而與時(shí)間呈非線性關(guān)系，亦即當(dāng)此反射的光線以不同角度投射在目標(biāo)物時(shí)，在相同時(shí)間間隔內(nèi)所產(chǎn)生的光點(diǎn)距離間隔并不相同，而可能隨時(shí)間遞增或遞減。
舉例而言，當(dāng)微機(jī)電反射鏡的擺動(dòng)角度位于正弦波波峰及波谷時(shí)，角度變化量將隨時(shí)間遞增或遞減，與傳統(tǒng)多面鏡成等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方式不同，若將傳統(tǒng)fθ鏡片使用在具有微機(jī)電反射鏡之激光掃描裝置(LSU)上，將無法修正微機(jī)電反射鏡所產(chǎn)生之角度變化量，造成投射在成像面上之激光光速將產(chǎn)生非等速率掃描現(xiàn)象而產(chǎn)生位于成像面上的成像偏差。因此，對(duì)于微機(jī)電反射鏡所構(gòu)成的激光掃描裝置，簡(jiǎn)稱為微機(jī)電激光掃描裝置(MEMS LSU)，其特性為激光光線經(jīng)過微機(jī)電反射鏡掃描后，形成等時(shí)間間隔不等角度的掃描光線，因此迫切需要發(fā)展可使用于微機(jī)電激光掃描裝置的fθ鏡片以修正掃描光線，使得可以在目標(biāo)物上正確成像。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種微機(jī)電激光掃描裝置的二片式fθ鏡片，其適用于微機(jī)電激光掃描裝置，該微機(jī)電激光掃描裝置至少包含一用以發(fā)射光束的光源、一用以共振左右擺動(dòng)將光源發(fā)射之光束反射成為掃描光線的微機(jī)電反射鏡、及一用以感光的目標(biāo)物；從該微機(jī)電反射鏡開始依序起算，該二片式fθ鏡片包含一正屈光度新月形且凹面在該微機(jī)電反射鏡側(cè)的第一鏡片及一負(fù)屈光度新月形且凸面在該微機(jī)電反射鏡側(cè)的第二鏡片，其中第一鏡片具有一第一光學(xué)面及一第二光學(xué)面，該第一光學(xué)面與該第二光學(xué)面在主掃描方向至少有一個(gè)光學(xué)面為非球面所構(gòu)成，用于將該微機(jī)電反射鏡反射之角度與時(shí)間的非線性關(guān)系的掃描光線光點(diǎn)轉(zhuǎn)換成距離與時(shí)間呈線性關(guān)系的掃描光線光點(diǎn)；其中該第二鏡片具有一第三光學(xué)面及一第四光學(xué)面，該第三光學(xué)面與該第四光學(xué)面在主掃描方向至少有一個(gè)光學(xué)面為非球面所構(gòu)成，用于將該第一鏡片的掃描光線修正聚光于該目標(biāo)物上；通過該二片式fθ鏡片，使該微機(jī)電反射鏡反射的掃描光線在該目標(biāo)物上成像。
本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種微機(jī)電激光掃描裝置的二片式fθ鏡片，從而縮小投射在目標(biāo)物上光點(diǎn)的面積，而實(shí)現(xiàn)提高分辨率之效果。
本實(shí)用新型的再一目的在于提供一種微機(jī)電雷設(shè)掃描裝置的二片式fθ鏡片，可畸變修正因掃描光線偏離光軸，而造成在主掃描方向及副掃描方向的偏移的增加，使成像于感光鼓之光點(diǎn)變形成類橢圓形的問題，并使每一成像光點(diǎn)大小得以均勻化，而達(dá)成提升解像質(zhì)量(resolution quality)之功效。
因此，本實(shí)用新型微機(jī)電激光掃描裝置的二片式fθ鏡片，適用于至少包含一個(gè)將發(fā)射激光束的光源以共振左右擺動(dòng)將光源發(fā)射的激光束反射成為掃描光線的微機(jī)電反射鏡，以在目標(biāo)物上成像；對(duì)于激光打印機(jī)而言，此目標(biāo)物常為感光鼓(drum)，即，在成像光點(diǎn)經(jīng)由光源發(fā)出激光束時(shí)，通過微機(jī)電反射鏡左右掃描，微機(jī)電反射鏡反射激光束形成掃描光線，掃描光線經(jīng)過本實(shí)用新型的二片式fθ鏡片修正角度與位置后，于感光鼓上形成光點(diǎn)，由于感光鼓涂有光敏劑，可感應(yīng)碳粉使其聚集于紙上，這樣可將數(shù)據(jù)打印出。
本實(shí)用新型的二片式fθ鏡片包含從微機(jī)電反射鏡開始依序起算的第一鏡片和第二鏡片，其中第一鏡片具有第一光學(xué)面及第二光學(xué)面，該第一光學(xué)面與該第二光學(xué)面在主掃描方向上至少有一個(gè)光學(xué)面為非球面所構(gòu)成，用于主要將呈簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的微機(jī)電反射鏡在成像面上光點(diǎn)間距由原來隨時(shí)間增加而遞減或遞增的非等速率掃描現(xiàn)象修正為等速率掃描，使激光束在成像面的投射為等速率掃描。第二鏡片具有第三光學(xué)面和第四光學(xué)面，該第三光學(xué)面與該第四光學(xué)面，在主掃描方向上至少有一個(gè)光學(xué)面為非球面所構(gòu)成，主要用于均勻化掃描光線在主掃描方向及副掃描方向因偏移光軸而造成在感光鼓上形成的成像偏差，并將第一鏡片之掃描光線修正聚光于目標(biāo)物上。
通過設(shè)置本實(shí)用新型的二片式fθ鏡片，可將呈簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的微機(jī)電反射鏡在成像面上光點(diǎn)間距由原來隨時(shí)間增加而遞減或遞增的非等速率掃描現(xiàn)象修正為等速率掃描，使激光束在成像面之投射作等速率掃描，使成像于目標(biāo)物上形成之兩相鄰光點(diǎn)間距相等。
通過設(shè)置本實(shí)用新型的二片式fθ鏡片，可畸變修正于主掃描方向及副掃描方向掃描光線，使聚焦于成像的目標(biāo)物上的光點(diǎn)得以縮小。
通過設(shè)置本實(shí)用新型的二片式fθ鏡片，可畸變修正在主掃描方向及副掃描方向上的掃描光線，使成像在目標(biāo)物上的光點(diǎn)大小均勻化。

圖1為本實(shí)用新型二片式fθ鏡片的光學(xué)路徑之示意圖； 圖2為微機(jī)電反射鏡掃描角度θ與時(shí)間t的關(guān)系圖； 圖3為通過第一鏡片及第二鏡片的掃描光線的光學(xué)路徑圖及符號(hào)說明； 圖4為掃描光線投射在感光鼓上后，光點(diǎn)面積隨投射位置的不同而變化的示意圖； 圖5為光束之高斯分布與光強(qiáng)度的關(guān)系圖； 圖6為本實(shí)用新型通過第一鏡片及第二鏡片的掃描光線的實(shí)施例的光學(xué)路徑圖； 圖7為第一實(shí)施例的光點(diǎn)示意圖； 圖8為第二實(shí)施例的光點(diǎn)示意圖； 圖9為第三實(shí)施例的光點(diǎn)示意圖； 圖10為第四實(shí)施例的光點(diǎn)示意圖；以及 圖11為第五實(shí)施例的光點(diǎn)示意圖。
[主要組件符號(hào)說明] 10微機(jī)電反射鏡； 11激光光源； 111光束； 113a、113b、113c、114a、114b、115a、115b掃描光線； 131第一鏡片； 132第二鏡片； 14a、14b光電傳感器； 15感光鼓； 16柱面鏡； 2、2a、2b、2c光點(diǎn)；以及 3有效掃描窗口。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參照?qǐng)D1，圖1是本實(shí)用新型微機(jī)電激光掃描裝置的二片式fθ鏡片之光學(xué)路徑之示意圖。本實(shí)用新型微機(jī)電激光掃描裝置的二片式fθ鏡片包含一具有一第一光學(xué)面131a及一第二光學(xué)面131b的第一鏡片131，和一具有一第三光學(xué)面132a及一第四光學(xué)面132b的第二鏡片132，適用于微機(jī)電激光掃描裝置。圖中，微機(jī)電激光掃描裝置主要包含一激光光源11、一微機(jī)電反射鏡10、一柱面鏡16、二個(gè)光電傳感器14a、14b，及一用以感光的目標(biāo)物。在圖中，目標(biāo)物用感光鼓15來實(shí)施。激光光源11所產(chǎn)生的光束111通過柱面鏡16后，投射到微機(jī)電反射鏡10上。而微機(jī)電反射鏡10以共振左右擺動(dòng)的方式，將光束111反射成掃描光線113a、113b、113c、114a、114b、115a、115b。其中掃描光線113a、113b、113c、114a、114b、115a、115b在X方向的投影被稱為副掃描方向(sub scanning direction)，在Y方向的投影被稱為主掃描方向(main scanning direction)，而微機(jī)電反射鏡10掃描角度為θc。
請(qǐng)參照?qǐng)D1及圖2，其中圖2為微機(jī)電反射鏡掃描角度θ與時(shí)間t之關(guān)系圖。由于微機(jī)電反射鏡10呈簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)角度隨時(shí)間呈正弦變化，因此掃描光線之射出角度與時(shí)間為非線性關(guān)系。如圖示中的波峰a-a’及波谷b-b’，其擺動(dòng)角度明顯小于波段a-b及a’-b’，而此角速度不均等的現(xiàn)象容易造成掃描光線在感光鼓15上產(chǎn)生成像偏差。因此，光電傳感器14a、14b被設(shè)置于微機(jī)電反射鏡10最大掃描角度±θc之內(nèi)，其夾角為±θp，激光束由圖2的波峰處開始被微機(jī)電反射鏡10所反射，此時(shí)相當(dāng)于圖1的掃描光線115a；當(dāng)光電傳感器14a偵測(cè)到掃描光束的時(shí)候，表示微機(jī)電反射鏡10擺動(dòng)到+θp角度，此時(shí)相當(dāng)于圖1的掃描光線114a；當(dāng)微機(jī)電反射鏡10掃描角度變化如圖2的a點(diǎn)時(shí)，此時(shí)相當(dāng)于掃描光線113b位置；此時(shí)激光光源11將被驅(qū)動(dòng)而發(fā)出激光束111，而掃描至圖2的b點(diǎn)時(shí)，此時(shí)相當(dāng)于掃描光線113c的位置(相當(dāng)±θn角度內(nèi)由激光光源11發(fā)出激光束111)；當(dāng)微機(jī)電反射鏡10產(chǎn)生反向振動(dòng)時(shí)，如于波段a’-b’時(shí)由激光光源11被驅(qū)動(dòng)而開始發(fā)出激光束111；這樣完成一個(gè)周期。
請(qǐng)參照?qǐng)D1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(xué)路徑圖。其中，±θn為有效掃描角度，當(dāng)微機(jī)電反射鏡10的轉(zhuǎn)動(dòng)角度進(jìn)入±θn時(shí)，激光光源11開始發(fā)出激光束111，通過微機(jī)電反射鏡10反射為掃描光線，當(dāng)掃描光線通過第一鏡片131時(shí)被第一鏡片131的第一光學(xué)面131a與第二光學(xué)面131b折射，將微機(jī)電反射鏡10所反射的距離與時(shí)間成非線性關(guān)系的掃描光線轉(zhuǎn)換成距離與時(shí)間的線性關(guān)系的掃描光線。當(dāng)掃描光線通過第一鏡片131與第二鏡片132后，由于第一光學(xué)面131a、第二光學(xué)面131b、第三光學(xué)面132a、第四光學(xué)面132b的光學(xué)性質(zhì)，掃描光線被聚焦于感光鼓15上，從而在感光鼓15上形成一列光點(diǎn)2。在感光鼓15上，兩個(gè)最遠(yuǎn)光點(diǎn)2之間的距離稱為有效掃描窗口3。其中，d1為微機(jī)電反射鏡10至第一光學(xué)面131a的間距、d2為第一光學(xué)面131a至第二光學(xué)面131b的間距、d3為第二光學(xué)面131b至第三光學(xué)面132a的間距、d4為第三光學(xué)面132a至第四光學(xué)面132b的間距、d5為第四光學(xué)面132b至感光鼓15的間距、R1為第一光學(xué)面131a的曲率半徑(Curvature)、R2為第二光學(xué)面131b的曲率半徑、R3為第三光學(xué)面132a的曲率半徑，R4為第四光學(xué)面132b的曲率半徑。
請(qǐng)參照?qǐng)D4，在掃描光線投射在感光鼓上后，在光點(diǎn)面積(spot area)中，Sa0與Sb0為微機(jī)電反射鏡10反射面上掃描光線的光點(diǎn)在主掃描方向(Y方向)及副掃描方向(X方向)的長度、Ga與Gb為掃描光線的高斯光束(GaussianBeams)在光強(qiáng)度為13.5％處在Y方向及X方向的光束半徑，如圖5所示，圖5中僅顯示Y方向的光束半徑的說明。
綜上所述，本實(shí)用新型的二片式fθ鏡片可將微機(jī)電反射鏡10反射的掃描光線，將高斯光束的掃描光線進(jìn)行畸變(distortion)修正，及將時(shí)間-角速度的關(guān)系轉(zhuǎn)成時(shí)間-距離的關(guān)系。掃描光線在主掃描方向(Y方向)與副掃描方向(X方向)的光束經(jīng)過fθ鏡片被放大，在成像面上產(chǎn)生光點(diǎn)，以提供符合需求的分辨率。
為達(dá)成上述功效，本實(shí)用新型的二片式fθ鏡片在第一鏡片131的第一光學(xué)面131a或第二光學(xué)面132a及第二鏡片132的第三光學(xué)面132a或第四光學(xué)面132b，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(shè)計(jì)，若使用非球面曲面設(shè)計(jì)，其非球面曲面系以下列曲面方程式 1橫像曲面方程式(Anamorphic equation) 其中，Z為鏡片上任一點(diǎn)以光軸方向至原點(diǎn)切平面的距離(SAG)；Cx與Cy分別為X方向及Y方向的曲率(curvature)；Kx與Ky分別為X方向及Y方向的圓錐系數(shù)(Conic coefficient)；AR、BR、CR與DR分別為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(rotationallysymmetric portion)的四次、六次、八次與十次冪的圓錐變形系數(shù)(deformationfrom the conic)；AP、BP、CP與DP分別為非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(non-rotationallysymmetric components)的四次、六次、八次、十次冪之圓錐變形系數(shù)(deformation from the conic)；當(dāng)Cx＝Cy，Kx＝Ky且AP＝Bp＝Cp＝Dp＝0時(shí)，則簡(jiǎn)化為單一非球面。
2環(huán)像曲面方程式(Toric equation) 其中，Z為鏡片上任一點(diǎn)以光軸方向至原點(diǎn)切平面的距離(SAG)；Cy與Cx分別為Y方向與X方向的曲率(curvature)；Ky為Y方向的圓錐系數(shù)(Coniccoefficient)；B4、B6、B8與B10為四次、六次、八次、十次冪的圓錐變形系數(shù)；當(dāng)Cx＝Cy且Ky＝AP＝Bp＝Cp＝Dp＝0時(shí)，則簡(jiǎn)化為單一球面。
為能使掃描光線在目標(biāo)物上的成像面上維持等掃描速度，舉例而言，在兩個(gè)相同的時(shí)間間隔內(nèi)，維持兩個(gè)光點(diǎn)的間距相等；本實(shí)用新型的二片式fθ鏡片可將掃描光線113a至掃描光線113b之間的光線通過第一鏡片131及第二鏡片132進(jìn)行掃描光線的出射角的修正，使相同的時(shí)間間隔的兩掃描光線，經(jīng)出射角度修正后，在成像的感光鼓15上形成的兩個(gè)光點(diǎn)的距離相等。更進(jìn)一步，當(dāng)激光束111經(jīng)由微機(jī)電反射鏡10反射后，其高斯光束半徑Ga與Gb較大，如果此掃描光線經(jīng)過微機(jī)電反射鏡10與感光鼓15之距離后，高斯光束半徑Ga與Gb將更大，不符合實(shí)用分辨率的要求；本實(shí)用新型的二片式fθ鏡片進(jìn)一步可將微機(jī)電反射鏡10反射的掃描光線113a至掃描光線113b之間的光線形成Ga與Gb較小的高斯光束，進(jìn)行聚焦在成像的感光鼓15上產(chǎn)生較小的光點(diǎn)；再者，本實(shí)用新型的二片式fθ鏡片更可將成像在感光鼓15上的光點(diǎn)大小均勻化(限制于符合分辨率要求的范圍內(nèi))，以得最佳的解析效果。
本實(shí)用新型的二片式fθ鏡片包含，從微機(jī)電反射鏡10開始依序起算，為第一鏡片131，其為正屈光度新月形且凹面在微機(jī)電反射鏡10側(cè)的鏡片所構(gòu)成，及第二鏡片132，為一負(fù)屈光度新月形且凸面在微機(jī)電反射鏡側(cè)的鏡片所構(gòu)成；其中第一鏡片131具有第一光學(xué)面131a及第二光學(xué)面131b，用于將微機(jī)電反射鏡10反射之角度與時(shí)間的非線性關(guān)系的掃描光線光點(diǎn)轉(zhuǎn)換成距離與時(shí)間呈線性關(guān)系的掃描光線光點(diǎn)；其中第二鏡片132具有第三光學(xué)面132a及第四光學(xué)面132b，用于將第一鏡片131的掃描光線修正聚光于目標(biāo)物上；通過該二片式fθ鏡片，使微機(jī)電反射鏡10反射的掃描光線在感光鼓15上成像；其中，第一光學(xué)面131a、第二光學(xué)面131b、第三光學(xué)面132a及第四光學(xué)面132b在主掃描方向上至少有一個(gè)為非球面所構(gòu)成的光學(xué)面、第一光學(xué)面131a、第二光學(xué)面131b、第三光學(xué)面132a及第四光學(xué)面132b在副掃描方向可至少有一個(gè)為非球面所構(gòu)成的光學(xué)面，或在副掃描方向均使用球面所構(gòu)成的光學(xué)面。更進(jìn)一步，對(duì)于第一鏡片131及第二鏡片132的構(gòu)成，在光學(xué)效果上，本實(shí)用新型的二片式fθ鏡片，在主掃描方向進(jìn)一步滿足式(4)～式(5)條件 或，在主掃描方向滿足式(6) 且在副掃描方向滿足式(7) 其中，f(1)Y為第一鏡片131在主掃描方向的焦距、f(2)Y為第二鏡片132在主掃描方向的焦距、d3為θ＝0°時(shí)第一鏡片131目標(biāo)物側(cè)光學(xué)面至第二鏡片132微機(jī)電反射鏡10側(cè)光學(xué)面的距離、d4為θ＝0°時(shí)第二鏡片132的厚度、d5為θ＝0°時(shí)第二鏡片132目標(biāo)物側(cè)光學(xué)面至目標(biāo)物的距離，fsx為二片式fθ鏡片在副掃描方向的復(fù)合焦距(combination focal length)、fsY為二片式fθ鏡片在主掃描方向的復(fù)合焦距、Rix第i光學(xué)面在副掃描方向的曲率半徑；Riy為第i光學(xué)面在主掃描方向的曲率半徑；nd1與nd2為第一鏡片131與第二鏡片132之折射率(refraction index)。
再者，本實(shí)用新型的二片式fθ鏡片所形成的光點(diǎn)均一性，可以用掃描光線在感光鼓15上之光束大小的最大值與最小值的比值δ表示，即滿足式(8) 更進(jìn)一步，本實(shí)用新型的二片式fθ鏡片所形成的分辨率，可使用ηmax為微機(jī)電反射鏡10反射面上掃描光線的光點(diǎn)經(jīng)掃描在感光鼓15上光點(diǎn)最大值的比值與ηmin為微機(jī)電反射鏡10反射面上掃描光線的光點(diǎn)經(jīng)掃描在感光鼓15上光點(diǎn)最小值的比值為表示，即可滿足式(9)及(10)， 其中，Sa與Sb為感光鼓15上掃描光線形成的任一個(gè)光點(diǎn)在Y方向及X方向之長度、δ為感光鼓15上最小光點(diǎn)與最大光點(diǎn)之比值、η為微機(jī)電反射鏡10反射面上掃描光線的光點(diǎn)與感光鼓15上光點(diǎn)之比值；Sa0與Sb0為微機(jī)電反射鏡10反射面上掃描光線的光點(diǎn)在主掃描方向及副掃描方向的長度。
為使本實(shí)用新型更加明確詳實(shí)，茲列舉較佳實(shí)施例并配合下列圖示，將本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)及其技術(shù)特征詳述如下 本實(shí)用新型以下所揭示的實(shí)施例，是針對(duì)本實(shí)用新型微機(jī)電激光掃描裝置的二片式fθ鏡片的主要構(gòu)成組件而作說明，因此本實(shí)用新型以下所揭示之實(shí)施例雖是應(yīng)用于微機(jī)電激光掃描裝置中，但就一般具有微機(jī)電激光掃描裝置而言，除了本實(shí)用新型所揭示的二片式fθ鏡片外，其它結(jié)構(gòu)屬于一般公知之技術(shù)，因此本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型所揭示的微機(jī)電激光掃描裝置的二片式fθ鏡片的構(gòu)成組件并不限制于以下所揭示的實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)，也就是該微機(jī)電激光掃描裝置的二片式fθ鏡片的各構(gòu)成組件是可以進(jìn)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132的曲率半徑設(shè)計(jì)或面型設(shè)計(jì)、材質(zhì)選用、間距調(diào)整等并不限制。
<第一實(shí)施例> 請(qǐng)參考圖6，其為本實(shí)用新型通過第一鏡片及第二鏡片的掃描光線的實(shí)施例的光學(xué)路徑圖。本實(shí)施例的二片式fθ鏡片具有第一鏡片131及第二鏡片132，其中第一鏡片131為正屈光度新月形且凹面在微機(jī)電反射鏡10側(cè)的鏡片，第二鏡片132為負(fù)屈光度新月形且凸面在微機(jī)電反射鏡10側(cè)的鏡片所構(gòu)成，第一鏡片131為新月形且凹面在微機(jī)電反射鏡10側(cè)之鏡片，其中，第一鏡片131之第一光學(xué)面131a為球面，第二光學(xué)面131b、第二鏡片132的第三光學(xué)面132a與第四光學(xué)面132b均為非球面，使用式(2)為非球面公式設(shè)計(jì)。其光學(xué)特性與非球面參數(shù)如表一及表二。
表一(第一實(shí)施例的fθ光學(xué)特性) *表示非球面 表二(第一實(shí)施例的光學(xué)面非球面參數(shù))
這樣所構(gòu)成的二片式fθ鏡片，f(1)Y＝145.78、f(2)Y＝-368.67、fsX＝23.655、fsY＝215.37(mm)可將掃描光線轉(zhuǎn)換成距離與時(shí)間為線性關(guān)系的掃描光線光點(diǎn)，并將微機(jī)電反射鏡10上光點(diǎn)Sa0＝13.642(μm)、Sb0＝3718.32(μm)掃描成為掃描光線，在感光鼓15上進(jìn)行聚焦，形成較小的光點(diǎn)6，并滿足式(4)～式(10)之條件，如表三、感光鼓15上以中心軸Z軸在Y方向距離中心軸Y距離(mm)的光點(diǎn)之高斯光束直徑(μm)，如表四；且本實(shí)施例之光點(diǎn)分布圖如圖7所示。圖中，單位圓直徑為0.05mm。
表三(第一實(shí)施例滿足條件表)
表四(第一實(shí)施例感光鼓上光點(diǎn)高斯光束直徑的最大值) <第二實(shí)施例> 本實(shí)施例的二片式fθ鏡片包括第一鏡片131及第二鏡片132，其中第一鏡片131為正屈光度新月形且凹面在微機(jī)電反射鏡10側(cè)之鏡片，第二鏡片132為負(fù)屈光度新月形且凸面在微機(jī)電反射鏡10側(cè)之鏡片，第一鏡片131為新月形且凹面在微機(jī)電反射鏡10側(cè)的鏡片，其中，第一鏡片131的第一光學(xué)面131a與第二光學(xué)面131b為球面，第二鏡片132的第三光學(xué)面132a為非球面，使用式(2)為非球面公式設(shè)計(jì)；第二鏡片132之第四光學(xué)面132b為非球面，使用式(3)為非球面公式設(shè)計(jì)。其光學(xué)特性與非球面參數(shù)如表五及表六。
表五(第二實(shí)施例之fθ光學(xué)特性) *表示非球面 表六(第二實(shí)施例之光學(xué)面非球面參數(shù))
經(jīng)由此所構(gòu)成的二片式fθ鏡片，f(1)Y＝133.89、f(2)Y＝-233.70、fsX＝20.084、fsY＝274.205(mm)可將掃描光線轉(zhuǎn)換成距離與時(shí)間呈線性的掃描光線光點(diǎn)，并將微機(jī)電反射鏡10上光點(diǎn)Sa0＝13.824(μm)、Sb0＝3512.066(μm)掃描成為掃描光線，在感光鼓15上進(jìn)行聚焦，形成較小的光點(diǎn)8，并滿足(4)～式(10)的條件，如表七；感光鼓15上以中心軸Z軸在Y方向距離中心軸Y距離(mm)的光點(diǎn)的高斯光束直徑(μm)，如表八；且本實(shí)施例之光點(diǎn)分布圖如圖8所示。圖中，單位圓直徑為0.05mm。
表七(第二實(shí)施例滿足條件表)
表八、第二實(shí)施例感光鼓上光點(diǎn)高斯光束直徑的最大值 <第三實(shí)施例> 本實(shí)施例的二片式fθ鏡片的第一鏡片131及第二鏡片132，其中第一鏡片131為正屈光度新月形且凹面在微機(jī)電反射鏡10側(cè)的鏡片，第二鏡片132為負(fù)屈光度新月形且凸面在微機(jī)電反射鏡10側(cè)的鏡片所構(gòu)成，第一鏡片131為新月形且凹面在微機(jī)電反射鏡10側(cè)之鏡片，其中，第一鏡片131之第一光學(xué)面131a為球面，第二光學(xué)面131b、第二鏡片132之第三光學(xué)面132a與第四光學(xué)面132b均為非球面，使用式(2)為非球面公式設(shè)計(jì)。其光學(xué)特性與非球面參數(shù)如表九及表十。
表九(第三實(shí)施例之fθ光學(xué)特性) *表示非球面 表十(第三實(shí)施例之光學(xué)面非球面參數(shù))

經(jīng)由此所構(gòu)成的二片式fθ鏡片，f(1)Y＝124.07、f(2)Y＝-344.01、fsX＝23.785、fsY＝176.355(mm)可將掃描光線轉(zhuǎn)換成距離與時(shí)間呈線性關(guān)系的掃描光線光點(diǎn)，并將微機(jī)電反射鏡10上光點(diǎn)Sa0＝13.452(μm)、Sb0＝3941.106(μm)掃描成為掃描光線，在感光鼓15上進(jìn)行聚焦，形成較小的光點(diǎn)10，并滿足(4)～式(10)之條件，如表十一；感光鼓15上以中心軸Z軸在Y方向距離中心軸Y距離(mm)的光點(diǎn)的高斯光束直徑(μm)，如表十二；本實(shí)施例之光點(diǎn)分布圖如圖9所示。圖中，單位圓直徑為0.05mm。
表十一(第三實(shí)施例滿足條件表)
表十二(第三實(shí)施例感光鼓上光點(diǎn)高斯光束直徑的最大值) <第四實(shí)施例> 本實(shí)施例之二片式fθ鏡片的第一鏡片131和第二鏡片132，其中第一鏡片131為正屈光度新月形且凹面在微機(jī)電反射鏡側(cè)之鏡片，第二鏡片132為負(fù)屈光度新月形且凸面在微機(jī)電反射鏡10側(cè)的鏡片所構(gòu)成，第一鏡片131為新月形且凹面在微機(jī)電反射鏡10側(cè)的鏡片，其中，第一鏡片131之第一光學(xué)面131a為球面，第一鏡片131之第二光學(xué)面131b與第二鏡片132之第三光學(xué)面132a均為非球面，使用式(2)為非球面公式設(shè)計(jì)；第二鏡片132的第四光學(xué)面132b為非球面，使用式(3)為非球面公式設(shè)計(jì)。其光學(xué)特性與非球面參數(shù)如表十三及表十四。
表十三(第四實(shí)施例之fθ光學(xué)特性) *表示非球面 表十四(第四實(shí)施例之光學(xué)面非球面參數(shù))

經(jīng)由此所構(gòu)成的二片式fθ鏡片，f(1)Y＝136.21、f(2)Y＝-243.44、fsX＝19.258、fsY＝270.784(mm)可將掃描光線轉(zhuǎn)換成距離與時(shí)間為線性之掃描光線光點(diǎn)，并將微機(jī)電反射鏡10上光點(diǎn)Sa0＝13.81(μm)、Sb0＝3522.04(μm)掃描成為掃描光線，在感光鼓15上進(jìn)行聚焦，形成較小的光點(diǎn)12，并滿足(4)～式(10)之條件，如表十五；感光鼓15上以中心軸Z軸在Y方向距離中心軸Y距離(mm)的光點(diǎn)的高斯光束直徑(μm)，如表十六；且本實(shí)施例之光點(diǎn)分布圖如圖10所示。圖中，單位圓直徑為0.05mm。
表十五(第四實(shí)施例滿足條件表)
表十六(第四實(shí)施例感光鼓上光點(diǎn)高斯光束直徑的最大值) <第五實(shí)施例> 本實(shí)施例的二片式fθ鏡片的第一鏡片131及一第二鏡片132，其中第一鏡片131為正屈光度新月形且凹面在微機(jī)電反射鏡10側(cè)的鏡片，第二鏡片132為負(fù)屈光度新月形且凸面在微機(jī)電反射鏡10側(cè)的鏡片所構(gòu)成，第一鏡片131為新月形且凹面在微機(jī)電反射鏡10側(cè)的鏡片，第一鏡片131的第二光學(xué)面131b與第二鏡片132的第三光學(xué)面132a均為非球面，使用式(2)為非球面公式設(shè)計(jì)；第一鏡片131的第一光學(xué)面131a與第二鏡片132的第四光學(xué)面132b均為非球面，使用式(3)為非球面公式設(shè)計(jì)。其光學(xué)特性與非球面參數(shù)如表十七及表十八。
表十七(第五實(shí)施例之fθ光學(xué)特性) *表示非球面 表十八(第五實(shí)施例之光學(xué)面非球面參數(shù))
經(jīng)由此所構(gòu)成的二片式fθ鏡片，f(1)Y＝851.41、f(2)Y＝-2714.78、fsX＝26.469、fsY＝1221.728(mm)可將掃描光線轉(zhuǎn)換成距離與時(shí)間呈線性關(guān)系的掃描光線光點(diǎn)，并將微機(jī)電反射鏡10上光點(diǎn)Sa0＝14.31(μm)、Sb0＝2983.85(μm)掃描成為掃描光線，在感光鼓15上進(jìn)行聚焦，形成較小的光點(diǎn)12，并滿足(4)～式(10)的條件，如表十九；感光鼓15上以中心軸Z軸在Y方向距離中心軸Y距離(mm)的光點(diǎn)的高斯光束直徑(μm)，如表二十；且本實(shí)施例之光點(diǎn)分布圖如圖11所示。圖中，單位圓直徑為0.05mm。
表十九(第五實(shí)施例滿足條件表)
表二十(第五實(shí)施例感光鼓上光點(diǎn)高斯光束直徑的最大值) 通過上述對(duì)實(shí)施例的說明，本實(shí)用新型至少可達(dá)下列功效 (1)通過設(shè)置本實(shí)用新型的二片式fθ鏡片，可將呈簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的微機(jī)電反射鏡在成像面上光點(diǎn)間距由原來隨時(shí)間增加而遞減或遞增的非等速率掃描現(xiàn)象修正為等速率掃描，使激光束在成像面之投射作等速率掃描，使成像于目標(biāo)物上形成之兩相鄰光點(diǎn)間距相等。
(2)通過設(shè)置本實(shí)用新型的二片式fθ鏡片，可畸變修正于主掃描方向及副掃描方向掃描光線，使聚焦于成像的目標(biāo)物上的光點(diǎn)得以縮小。
(3)通過設(shè)置本實(shí)用新型的二片式fθ鏡片，可畸變修正在主掃描方向及副掃描方向上的掃描光線，使成像在目標(biāo)物上的光點(diǎn)大小均勻化。
以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型而言僅是說明性的，而非限制性的；本專業(yè)技術(shù)人員理解，在本實(shí)用新型權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)可對(duì)其進(jìn)行許多改變，修改，甚至等效變更，但都將落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種微機(jī)電激光掃描裝置的二片式fθ鏡片，其適用于微機(jī)電激光掃描裝置，該微機(jī)電激光掃描裝置至少包含一用以發(fā)射光束的光源、一用以共振左右擺動(dòng)將光源發(fā)射之光束反射成為掃描光線的微機(jī)電反射鏡、及一用以感光的目標(biāo)物；其特征是，從該微機(jī)電反射鏡開始依序起算，該二片式fθ鏡片包含一正屈光度新月形且凹面在該微機(jī)電反射鏡側(cè)的第一鏡片及一負(fù)屈光度新月形且凸面在該微機(jī)電反射鏡側(cè)的第二鏡片，其中該第一鏡片具有一第一光學(xué)面及一第二光學(xué)面，該第一光學(xué)面與該第二光學(xué)面在主掃描方向至少有一個(gè)光學(xué)面為非球面所構(gòu)成，用于將該微機(jī)電反射鏡反射之角度與時(shí)間的非線性關(guān)系的掃描光線光點(diǎn)轉(zhuǎn)換成距離與時(shí)間呈線性關(guān)系的掃描光線光點(diǎn)；其中該第二鏡片具有一第三光學(xué)面及一第四光學(xué)面，該第三光學(xué)面與該第四光學(xué)面在主掃描方向至少有一個(gè)光學(xué)面為非球面所構(gòu)成，用于將該第一鏡片的掃描光線修正聚光于該目標(biāo)物上；通過該二片式fθ鏡片，使該微機(jī)電反射鏡反射的掃描光線在該目標(biāo)物上成像。
2、如權(quán)利要求1所述的微機(jī)電激光掃描裝置的二片式fθ鏡片，其特征是，所述二片式fθ鏡片在主掃描方向進(jìn)一步滿足下列條件
其中，f(1)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、d3為θ＝0°時(shí)該第一鏡片目標(biāo)物側(cè)光學(xué)面至該第二鏡片微機(jī)電反射鏡側(cè)光學(xué)面的距離、d4為θ＝0°時(shí)該第二鏡片的厚度、d5為θ＝0°時(shí)該第二鏡片目標(biāo)物側(cè)光學(xué)面至該目標(biāo)物的距離。
3、如權(quán)利要求1所述的微機(jī)電激光掃描裝置的二片式fθ鏡片，其特征是，所述二片式fθ鏡片進(jìn)一步滿足下列條件
在主掃描方向滿足
在副掃描方向滿足
其中，f(1)Y與f(2)Y為該第一鏡片及該第二鏡片在主掃描方向的焦距、fsX為二片式fθ鏡片在副掃描方向的復(fù)合焦距、fsY為二片式fθ鏡片在主掃描方向的復(fù)合焦距、Rix為第i光學(xué)面在副掃描方向的曲率半徑、nd1與nd2分別為該第一鏡片與該第二鏡片的折射率。
4、如權(quán)利要求1所述的微機(jī)電激光掃描裝置的二片式fθ鏡片，其特征是，該目標(biāo)物上最大光點(diǎn)與最小光點(diǎn)大小的比值滿足
其中，Sa與Sb為一目標(biāo)物上掃描光線形成的任一個(gè)光點(diǎn)在主掃描方向及副掃描方向之長度、δ為該目標(biāo)物上最小光點(diǎn)與最大光點(diǎn)之比值。
5、如權(quán)利要求1所述的微機(jī)電激光掃描裝置的二片式fθ鏡片，其特征是，該目標(biāo)物上最大光點(diǎn)的比值與在該目標(biāo)物上最小光點(diǎn)的比值分別滿足
其中，Sa0與Sb0為該微機(jī)電反射鏡反射面上掃描光線的光點(diǎn)在主掃描方向及副掃描方向的長度、Sa與Sb為一目標(biāo)物上掃描光線形成的任一個(gè)光點(diǎn)在主掃描方向及副掃描方向的長度、ηmax為該微機(jī)電反射鏡反射面上掃描光線的光點(diǎn)經(jīng)掃描在該目標(biāo)物上最大光點(diǎn)的比值、ηmin為該微機(jī)電反射鏡反射面上掃描光線的光點(diǎn)經(jīng)掃描在該目標(biāo)物上最小光點(diǎn)的比值。
專利摘要一種微機(jī)電激光掃描裝置的二片式fθ鏡片，該二片式fθ鏡片包括第一鏡片和第二鏡片，其中，第一鏡片為一正屈光度新月形且凹面在微機(jī)電反射鏡側(cè)的鏡片，第二鏡片為一負(fù)屈光度新月形且凸面在微機(jī)電反射鏡側(cè)的鏡片，其中第一鏡片具有二個(gè)光學(xué)面，在主掃描方向至少有一個(gè)光學(xué)面為非球面所構(gòu)成，第二鏡片具有二個(gè)光學(xué)面，在主掃描方向至少有一個(gè)光學(xué)面為非球面所構(gòu)成，主要用于將微機(jī)電反射鏡反射之角度與時(shí)間呈非線性關(guān)系的掃描光線轉(zhuǎn)換成距離與時(shí)間呈線性關(guān)系的掃描光線光點(diǎn)并修正聚光于目標(biāo)物上，且第一鏡片及第二鏡片均滿足特定的光學(xué)條件，以達(dá)成線性掃描效果與高分辨率掃描的目的。
文檔編號(hào)G02B26/10GK201293869SQ20082013118
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2008年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月15日
發(fā)明者施柏源 申請(qǐng)人:一品光學(xué)工業(yè)股份有限公司