TW201007209A - Two optical elements fθ lens of MEMS laser scanning unit 7 - Google Patents

Description

201007209 九、發明說明： . 【發明所屬之技術領域】 本發明係錢-種織電能射錢置之二料ω鏡片，特 別指-種肖α修正呈_性運動之微機電反概而產生隨時間成 正弦關係之角度變化量’以達成雷射掃囉置所要求之線性掃描 效果之二片式ίθ鏡片。 〇 【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 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^ 出雷射光束(1&361^6&1]1)，先經由一準直鏡((；〇111111扯〇1>)，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’能在副掃瞎方向(sub scanning业從如的之γ軸 上之寬度能沿著主掃描方向(main scanning direction)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(Hne 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^ 射至一反射鏡上之雷射光束延著主掃描方向(X軸)之平行方向以 同一轉角速度(angular velocity)偏斜反射至一伤線性掃描鏡片上， 而扭線性掃描鏡片係設置於多面鏡旁側，可為單件式鏡片結構 201007209 - (single-element scanning lens)或為二件式鏡片結構。此历線性掃描 , 鏡片之功能在於使經由多面鏡上之反射鏡反射而射入扭鏡片之雷 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’並達成線性掃描此咖办)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： (1)、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。 ❹ （2)、多面鏡須具尚速旋轉(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轴寬度極薄，使習用LSu 中均需增設-柱面鏡(eylindrieal len相使雷射絲經過柱面鏡能 聚焦成一線(Y軸上成一點)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。 ⑶、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)、㈣LSU之組裝結構巾’投射至多面鏡反射鏡之雷射光 束中〜軸並非正對多面鏡之中心熟，以致在設計相配合之历鏡 片時，需同時考慮多面鏡之離軸偏差(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 *且裝結構之問題，目前市面上 開發出麵動式(osclllat〇ry)的微機電反射鏡(mems論沉），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 ^器（to_oscmators)，其表層上附有反光層，可藉由振盡擺 反光層’將光線反射而掃描，未來將可應用於影像系統（ imaging 201007209 system )、掃描器(scanner)或雷射印表機(laser printer)之雷射掃描裝 置(laser scanning unit，簡稱 LSU)，其掃描效率(Scanning efficiency) 將可高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 電反射鏡之共振頻率，並以一驅動訊號驅動微機電反射鏡以產生 一掃瞄路徑、US7,064,876、US7，184，187、US7，190,499、 US2006/0113393 ;或如台灣專利TWM253133，其係於一 LSU模

組結構中準直鏡及fB鏡片之間，利用一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；或如曰本專利圯 2006-201350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，在接收一電壓驅動後， 將作一簡諧運動，且此簡諧運動(harmonicmotion)之方式為時間與 角速度呈正弦關係，而投射於微機電反射鏡，其經反射後之反射 角度Θ與時間t的關係為： Ο) 0(〇 = Θ, ·sin(2^· f-t) 其中：f為微機電反射鏡的掃描頻率；Θ,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___下&，所對應的反射角麟與時間 成正弦函數(Sinusoidal)變化，即在相同時間間，時， 化為：轉 又 L 而與時間呈非線性關係， 内所：1反？的光線以不同角度投射在目標物時於相同時間間隔 的光點距離間隔並不相同而可能隨時間遞增或遞減。 言’當職電反織之擺動肖纽於正弦波之波峰及 “時變化量將隨時間遞增或遞減，與f知之多面鏡^等 201007209 '肖速度轉狀運財式不同，若仙胃知之ίθ鏡>{祕有微機電 反躲之雷娜喊置(LSU)上’將紐修賴魏反馳所產生 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 掃把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£(MEMS 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 ❹置的⑽Μ修正掃描絲’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扭 鏡片，該二片式扭鏡片由微機電反射鏡依序起算，係由一正光度 新月形且凸面在微機電反射鏡侧之第一鏡片及一正屈光度新月形 且凹面在微機電反射鏡侧之第二鏡片所構成，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(sp〇t)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W|J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。 201007209 小因此’本發明微機電雷射掃描裝置之二片式扭鏡片，適用於 至""包含—將發射冑射光束之絲以共振左右獅將规發射之 雷射光束反射成騎描光線之微機電反射鏡 ，以在目標物上成 像於雷射印表機而言’此目標物常為感光鼓(drum)，即，待成 像之光點㈣光源發出雷射光束，經由微舰反機左右掃描， 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 之一片式历鏡片修正角度與位置後，於感光鼓上形成光點(spot), 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。 〇 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 -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—光學面與第二光學面，在主掃描方向至少有一個光 學面為非球輯顧’齡要將呈_勒之微機電反射鏡，在 成像面上光點間距由原來隨_增加*遞減或遞增的非等速率掃 描現象’修JL鱗縣雜，使雷狀束於錄面之投射 率掃描第—鏡片具有_第二光學面及—第四光學面，第三光學 學面，在主掃描方向至少有一個光學面為非球面所構 成’主抑明純_級社掃财向及崎财向因偏移 光軸而造成_級上軸麟偏差，並料 修正聚光於目獅上。 【實施方式】 請參照圖1 ’為本發明微機電雷射掃描裝置之二 之光學路徑之示意®。本發明微機電f射掃描裝置之 1 片包含一具有一第一光學面131a及一第-本惠 弗一先學面13ib之第一鏡 201007209 片13卜與一具有一第三光學面132a及一第四光學面132b之第二 鏡片132 ’係適用於微機電雷射掃瞄裝置。圖中，微機電雷射掃描 裝置主要包含一雷射光源11、一微機電反射鏡10、一柱面鏡16、 二光電感測器14a、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η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lu反射成掃瞄光線113a、 113b、114a、114b、115a、115b。其中掃瞄光線 113a、113b、114a、 1141>、115&、1151)在乂方向之投影稱之為副掃描方向(51^沉31111{1^ direction) ’在Ϋ方向之投影稱之為主掃描方向扣血scannjng direction)，而微機電反射鏡10掃描角度為％。 請參照圖1及圖2，其中圖2為一微機電反射鏡掃描角度0 與時間t之關係圖。由於微機電反射鏡10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之波峰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， 表示微機電反射鏡10係擺動到+θρ角度，此時相當於圖丨之掃描 光線114a;當微機電反射鏡10掃描角度變化如圖2的&點時，^ 時相當於掃描光線113a位置；此時雷射光源u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 201007209 機電反射鏡10產生反振時，如於波段a’-b，時由雷射光源η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 鏡⑴之轉動角度進入±θη時，雷射光源11開始發出雷射光束lu， 經由微機電反射鏡10反射為掃瞒光線，當掃瞄光線通過第一鏡片 131時受第一鏡片ι31之第一光學面131a與第二光學面13比折 射，將微機電反射鏡10所反射之距離與時間成非線性關係之掃描 ® 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，藉由第一光學面131a、第二光 學面131b、第三光學面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1〇至第一光學面131&之間距、山為 第一光學面131a至第二光學面131b之間距、山為第二光學面131b 至第二光學面132a之間距、山為第三光學面132a至第四光學面 © 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13比之曲 率半徑、R3為第三光學面132a之曲率半徑及仏為第四光學面U2b 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 area)隨投射位置之不同而變化之示意圖。當掃瞄光線113&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15上之光點^為—類 12 201007209 -圓形。當掃描光線咖及113c透過第一鏡片131及第二鏡片132 後而投射在感光鼓15時，因入射於第一鏡片131及第二鏡片132 與光轴所形成之夾角不為零，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Ilia所形成的光 點為大；此情形在副掃描方向也_，偏離掃描光❹u之婦描 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 2'、2〇為一類橢圓形’且215、2(;之面積大於23。其中，‘與〜 ❹為微機電反射鏡1〇反射面上掃猫光線的光點在主掃描方向(γ方 向)及副掃描方向(X方向)之長度、Ga#Gi^掃猫光線之高斯光束 (Gaussian Beams)於光強度為135%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。 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 之掃描光線，將高斯光束之掃描光線進行畸變(dist〇rti〇n)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 ❹ 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fe鏡片在第一鏡片ι31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 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 ·橫像曲面方程式(Anamorphic equation) {Cx)X2 +(Cy)Y2 1 + VWI + Kx){Cxf X2-(1 + Ky){Cyf Y7 13 201007209

Br^~Bp)X2 +(1 + ^)72]3 +CR[(l-Cp)X2 +(1 + ^)72]4 + dr [(1 - dp )x2 +(1+^ >y2 f (2) 其中’Z為鏡片上任一點以光轴方向至〇點切平面的距離 (SAG) ’（^與^分別為X方向及γ方向之曲率&與心 分別為X方向及γ方向之圓錐係數(c〇nic c〇effident); ^^ 與Αί刀別為疑轉對稱(rotationally symmetric portion)之四次、六 \八\與十次冪之圓錐變形係數(deformati〇n g«〇m the conic); ❹ ap 5/1、與 A 分別非旋轉對稱（non-rotationally symmetric components)之分別為四次、六次、八次、十次冪之圓錐變形係數 (deformation from the conic);當 〇 q，（ = \ 且 a = a = Cp = a = 0 則簡化為單一非球面。 2·環像曲面方程式(T〇ric equati〇n) z=旮+_(SEL= l + ^l-(Cxy)2X2

Cxy — --i- (1/Cx)-Zy 7 (Cy)Y2 ❹ 々-㈣)(碎+式尸叩6 + V8 + V1。 ⑶ 其中，Z為鏡片上任一點以光轴方向至〇點切平面的距離 (SAG)，q與q为別Υ方向與X方向之曲率(⑶…此肪）；a為γ 方向之圓錐係數(Conic coefficient);久、式、戌與〜為四次、六 次、八次、十次幂之係數(4th〜10th order coeffideiiM def_ati〇n from the conic)，當c,=c;且心=^=jBp=Cp=z^=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§，在兩個相同的時間間隔内，維持兩個光點的間距相等； 201007209 本發明之二#式ίθ鏡>;可將掃描光線113a至掃描光線⑽之 間，藉由第一鏡片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111經由微機電反射鏡1〇反射後，其高斯光束半徑仏與仏 較大’如果此掃描光線經過微機電反射鏡1〇與感光鼓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-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 式扭鏡片更可將成像在感光鼓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。 本發明之二片式ίθ鏡片包含，由微機電反射鏡1〇依序起算， 為一第一鏡片131及第二鏡片132,第一鏡片131為一正屈光度新 月形且凸面在微機電反射鏡1〇侧之鏡片及第二鏡片132為一正屈 φ 光度新月形且凹面在微機電反射鏡10侧之鏡片所構成，其中第一 鏡片131具有第一光學面I31a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；藉由該二片式扭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 15 201007209 •少有—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 構成之光學心更進-步，在第一鏡片131及第二鏡片阳構成 上’在光學效果上，本發明之二片式历鏡片，在主掃描方向進一 步滿足式(4)〜式(5)條件： 0A<d3+d4+d5 <ag

0.2 < A-<〇.8 J〇.)Y (4) (5)

或’在主掃描方向滿足式⑹ 0.3 < )< 0,6 f(\)y f(2)y

且在副掃描方向滿足式(7) 0.8 < <1.6 ⑺ 其中，f⑴γ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0=〇。第一鏡片131目標物側 光學面至第二鏡片132微機電反射鏡1〇侧光學面之距離、屯為 θ=0°第二鏡片132厚度、d5為θ=0。第二鏡片132目標物側光學^ ® 至目標物之距離，4為二片式历鏡片在副掃描方向之複合焦距 (combination focal length)、fsY為二片式fe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；心為第i光學 面在主掃描方向的曲率半徑；11(11與nd2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ίθ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δ表 示，即滿足式⑻： 0.4 < ^ = min(^ ·5α) maK(Sb -Sa) ⑻ 16 201007209 更進一步，本發明之二片式扭鏡片所形成的解析度，可使用 W為微機電反射鏡1G反射面上掃肖絲的絲經掃描在感光鼓 I5上光點最大值的比值與In為微機電反射鏡1G反射面上掃瞎光 線的光點經縣在絲鼓15上総最小_比值絲示即可滿 足式(9)及(10)， ❹ _max(Sb.Sa) ~~(Sb0-Sa0) _min(Sb-Sa) 一ovd <0.10 <0.10 (9) (10) 其中4與Sb域光鼓15上掃喊祕成_—個光點在γ 方向及Χ方向之長度、δ域級15上最小光點與最大光點之比 值、η為微機電反賴1()反射面上_光線的光點械光鼓15 上光點之比值；~與‘為職電反雜10反射面上娜光線的 光點在主掃描方向及副掃描方向之長度。 一為使本發明更加明確詳實，茲列舉較佳實施例並配合下列圖 示，將本發明之結構及其技術特徵詳述如後： ❹+本發明以下所揭示之實施例，乃是針對本發明微機電雷射掃 描裝置之-》式fe鏡片之主要構成元件而作說明，因此本發明以 下所揭不之實施例雖是應用於一微機電雷射掃描裝置中，但就一 般具有微機電雷射掃描裝置而言，除了本發明所揭示之二片式历 ，片外〃他、、、。構乃屬—般通知之技術’因此—般在此領域中熟 此項技《之人士瞭解，本發明所揭示微機電雷射掃描裝置之二 片式fB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^該微機電雷射掃描裝置之二片式历鏡片之各構成元件是可以 進灯許多改變、修改、甚至等效變更的，例如：第_鏡片⑶及 第一鏡片Β2之曲率半徑設計或面型設計、材質_、間距調整 17 201007209 等並不限制。 <第一實施例> 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131a為新月形且凸面在微機電反射鏡1〇侧之 鏡片，其中第二鏡片132為新月形且凹面在微機電反射鏡1〇侧之 鏡片所構成，在第一鏡片131第一光學面131a與第二光學面 ❹ 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。 曲率半徑(mm) d厚度(mm) nd折射率 叁一、第一實施例之ίθ来聲牿柹 光學面 MEMS反射而R oo a^u^icss) (retraction index) 15.63 i lens 1 R1 fAnamorphic) 1.527 Rlx* 70.87 9.33 Rly* 68.51 R2(Anamorphic、 R2x* -18.36 12.46 R2y* 148.52 lens 2 R3 TAnamorphic) 1.527 R3x* 45.14 10.04 R3y* -343.39 R4fAnamorphic^ R4x* -61.26 113.06 R4y* -95.69 感糸娃(drunORi OO 0.00 ❹ 18 201007209 表二、第一實施例之光學面非球面參數 ❹ 光學面(optical Ky圆錐係數 surface) (Conic __Coefficent) 2.517117

Rl* R2* R3* R4* Η ir ip ir I 2^ 择像曲面方程式係數(Anamorphic equation coefficent)_ ^次幂係數 6th次幂係數8th次幂係數10Λ次幂係數 Order 〇rder

Order Order Coefficient (AR) Coefficient (BR) Coefficient (CR) -Coefficient (DR) 1 ΛΑηηυαΛί 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 !^16E'06 2-4S12E-09 O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO 8«8fi8F+nn 〇'«SE"05 -5-6870E-12 0.0000E+00 0.0000E+00 ' 3.5599E-07 9.6087E-10 π nnnnF-i-nn η ηπηπρ-μηη 錐係數H次幕係數_次幂係數8th次幂係數1她次幂係數 (Come Order onler cwer 〇rder Coefficent) Coefficient (AP) Coefficient (BP) Coefficient fCP> Coefficient (DP) 4 07= όΛοοόοο-όώοο-omJo 4 4^79F+nn °〇〇〇〇E+00 0.0000E+00 O.OOOOE+OO -20030Ε-ΗΠ °-0000E+〇〇 O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO . -^〇〇OE+0° O.OOOOF+nn 〇.〇〇〇〇E+〇〇 0.0000E+00 經由此所構成的二片式fe鏡片之光學面，f(i)Y= 23 j 883、f(2)Y= 248.128、fsX=23.21卜fsY=128.531 (mm)可將掃描光線轉換成距離 與，間為·之掃描光線絲，並將微機電反射鏡1G上光點 ^12.9〇(μπι)、Sb〇=4618 85(_掃描成為掃描光線在感光鼓15 f進行聚t、，形雜小的光點6，並献式(4)〜办1())讀件，如

G 光鼓15上以中心轴z轴在γ方向距離中心軸γ距離(mm) =之喊絲錄㈣’如表四；且本實關之光點分布圖 圖7所示。圖中，單位圓直徑為〇 〇5mm。 19 201007209 表三、第一實施例滿足條件表 ❹ +dA + ds fmr Α_ /(2)r 主掃描方向

Jsy *(一7 十 7 J(\)y 々2)少 副掃描方向(j- - - -七)fsX s minU) max(Sb -Sa) _max(Sb-Sa) ^~~(Sb0-Sa0) _ min(^-Sa) (Sb0-Sa0) 0.5846 0.4556 0.5650 0.9616 0.4636 0.0693 0.0321 表四、第一實施例感光鼓上光點高斯光束直徑的最大值 Y Max(2Ga, 2Gb) -107.460 -96.078 -84.297 -Qfifm ~：-—Γ yW78 «60.291 «48.227 -36.161 -24.100 0.000 6.64E-03 6.83E-03 8.06E-03 6 44P αι « Aec ---叫M)3 5.45E-03 6.40E-03 6.56E-03 5.43E-03 3.03E-03 <第二實施例> 本實施例之二片式ίθ鏡片之第—則131及—第二鏡片 m’其中第-鏡片131a為新月形且凸面在微機電反射鏡叫 鏡片，其中第二鏡片132為新月形且凹面在微機電反機 鏡片所構成’在第-鏡片131第—絲面131&與第二光 131b、第二鏡片132第三光學面必與第四光學面咖均係 =及= ⑽為非球面公式設計。其光學特性與非球面參數 20 201007209 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反射面R 〇〇 15.89 1 lens 1 1.527 RHAnamorphic) Rlx* 167.23 10.00 Rly* 69.13 R2fAnamorohic) R2x* •20.72 12.68 R2y* 152.03 lens 2 1.527 R3fAnamorohic) R3x* 46.36 10.38 R3y* -346.65 R4fAnamorphic) R4x* -44.66 112.48 R4y* -96.03 感糸鼓idrum)R5 CO 0.00 Ο 表六、第二實施例之光學面非球面參數 橫像曲面方程式係數(Anamorphic equation coeffieentj ^面.錐係數4th次幂係數6th次幂係數8th次幂係數10th次幂係數 (Come Order 〇rder Coefficent) Coefficient (AR) Coefficient (BR^ Coefficient (CR) Coefficient (PR) 7.4099E-07 8.3470E-10 O.OOOOE+OO 0.0000E+00 -9.935 IE-07 2.4655E-09 O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO -2.3733E-05 1.8610E-10 O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO _4.8026E-08 1.0017E-09 O.OOOOE+OO O.OOOOE-K)0 2.2690E+00 -6.9331E+00 1.3189E+02 9.1332E+00

Kx圓錐係數 (Conic Coefficent) Rl* R2* R3* 7.5867E+01 3.3010E+00 5.3248E+00 R4* -7.8178E+00 Order

Order

Order

Order -2.0141E-01 O.OOOOE+OO 0.0000E+00 8.8174E-02 0.0000E+00 0.0000E+00 -8.5112E-01 O.OOOOE+OO 0.0000E+0O J.OOOOE+OO 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 O.OOOOE+OO 0.0000E+00 經由此所構成的二片式fB鏡片，f(l)Y= 230.847、f(2)Y= 248 37、 fsX=25.189、fsY=128.63 (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〜=12.9〇(μηι>、 Sb0=4618.85(pm)掃描成為掃描光線，在感光鼓15上進行聚焦，形 21 201007209 成較小的光點8，並滿足(4)〜式⑽之條件，如表七 軸在γ方向距離中心歡距離(職)的光點之“光束

工(=，域八；且本實施例之光點分布圖如圖8所示 早位圓直徑為〇.〇5mm。 T 表七、第二實施例滿足條件表

d3 +d4 +d^ /(i)r_fL /(2)r 主掃描方向 副掃描方向 y _ miWj max(Sb~^SJ = max(V5J醜（U。) _rnm(Sb.Sa) f(i)y ，(2)y 0.5871 0.4528 0.5665 1.1616 0.4691 0.0604 0.0283

表八、第二實施例感光鼓上光點高斯光束直徑的最大值 ^ -^7·460 -96·078 -84·3〇1 -96.078 -60.302 -48.240 -36.174 -24.112 0000* Μ^(20β,20^__5^Ε.〇3 3.82Ε-03 5.54Ε-03 —.〇3 4Λ8Ε-03 4.22Ε-03 4.47Ε-03 3.99Ε-03 2.51Ε-03 <第三實施例> 本實施例之二片式ίθ鏡片之第一鏡片131及一第二鏡片 132 ’其中第一鏡片131a為新月形且凸面在微機電反射鏡10側之 鏡片’其中第二鏡片132為新月形且凹面在微機電反射鏡10側之 22 201007209 鏡片所構成，在第-鏡片131第―光學面131a與第 碰、第二鏡片m第三光學面132a係為非球面，使用式⑶$ 球面公式設计，在第二鏡片132第四光學面1S2b使用式⑵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f0光學特性 光學面 曲率半徑(mm) (optical surface) (curvature) d厚度(mm) nd折射率 (thickness^ (refraction index) MEMS及射面R 〇〇 15.00 1 lens 1 1.527 R1 fAnamorohic') Rlx* 213.47 9.68 Rly* 71.71 MiAnamorphic、 R2x* -20.94 14.30 R2y* 178.37 lens 2 1.527 R3 fAnamorohic'i R3x* 44.93 12.00 R3y* -309.57 R4(Y Tories R4x -40.57 110.88 R4y* -95.58 * 圭—jL· -1» 一 〇〇 0.00 ❹ Ο 23 201007209 表十、第三實施例之光學面非球面參數 光學面(optia surfece) 環像曲面方程式係數Toric eauation Coefficient al Ky圓錐係數 (Conic Coefficent) 4th次幂係數 Order Coefficient (B4、 6th次幂係數 8th次幂係數 10th次幂係數 Order Order Order Coefficient (B6^ Coefficient iB8) Coefiicient R4* -9.6378E+00 0.0000E+00 O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO 0.0000E+00 -携像曲面方程式係數(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 mi?、Coefficient fCRI Coefficient (DR) Rl* 1.7853E+00 8.0497E-07 2.8518E-10 O.OOOOE+OO 0.0000E+00 R2* R3* -8.4076E+00 -8.5575E-07 1.9710E-09 O.OOOOE+OO 0.0000E+00 1.0000JB+U1 -1.9212E-05 3.6072E-10 O.OOOOE+OO 0.0000E+00 Kx圓錐係數 4th次幂係數 6th次幂係數 8th次幂係數 l〇th次幂係數 (Conic Order Order Order Order Coefficent) Coefficient (AP) Coefficient (RP) Coefficient iCP) Coefficient iDP、 Rl* 1.8623E+02 -1.6418Ε-Ό1 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 R2* 7.3392E+00 9.9473E-03 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 R3* -1.0000E+01 -8.6873E-01 O.OOOOE+OO 0.0000E-H)0 0.0000E-K)0

經由此所構成的二片式扭鏡片，f(1)Y= 128339、f(2)Y=257258、 fsX=26.0、fsY=128.339(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‘=12 9〇(_、％=

4618.85(μιη)掃描成為掃描光線，在感光鼓15上進行聚焦，形成I 小的光點10，並滿足(4)〜式(10)之條件，如表十一；感'光鼓15上 以中心軸Ζ軸在Υ方向距射叫γ距離(聰)的^之高斯光束 直徑(μιη)，如表十二；本實施例之光點分布圖如圖9 單位圓直徑為0.05mm。 町不圖中’ 24 201007209 ❹ 表Η—、第三實施例滿足條件t dj + d4 + d5 fmr

A_ f(2)Y 主掃描方向 fsY *( (jKnJZ1) , (nd2 - Ο f(\)y f：2)>> 麵描施nW, 5 — minH) maxH) maxQVD _ min(Vl) 0.6220 0.4310 0.5650 1.2719 0.4432 0.0618 0.0274 表十二、第三實施例感光鼓上光點高斯光束直徑的最大值 ^ -108-245 -96.441 -84.420 -96.441 -60.230 -48.149 -36.092 -24.053~~0^ ^^(203,20^ 5.99E-03 5.45E-03 3.76E-03 4.95E-03 5.04E-03 4.96E-03 4.54E-03 2.79E-03 4.53E-03 <第四實施例> ❹ 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131a為新月形且凸面在微機電反射鏡1〇侧之 鏡片，其中第二鏡片132為新月形且凹面在微機電反射鏡1〇侧之 鏡片所構成，在第一鏡片131第一光學面i3ia與第二光學面 131b、第二鏡片132第三光學面132a與第四光學面13孔均係為 非球面，使用式(2)為非球面公式設計。其光學特性與非球面: 如表十三及表十四。 25 201007209 表十三、第四實施例之fe光學特性 Ο 光學面 曲率半徑(mm) d厚度(mm) nd折射率 (optical surface) (curvature) (thickness) (refraction index) MEMS反射面R 〇〇 20.00 1 lens 1 1.527 RliAnamorohic、 Rlx 167.12 10.00 Rly* 70.44 R2iAnamorphic、 R2x* -22.35 13.41 R2y* 156.95 lens 2 1.527 R3 iAnamorohic、 R3x* 59.82 12.00 R3y* 360.07 R4 iAnamorphic') R4x* -49.58 111.87 R4y* -95.96 感糸Mfdrum'iRS 〇〇 0.00 *表示非球面 表十四、第四實施例之光學面非球面參數 ❹ cal ®(0l 學S 光

12'3'4 R R R R ^心貯114 __橫像曲面方程式係數(Anamorph丨c equation coefficent)_ 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 (Conic Order Order Order Order Coefficent)_Coefficient (AR) Coefficient (BR) Coefficient (CR) Coefficient (DR) 2.2121E+00 6.1115E-07 4.6244E-10 0.0000E+00 0.0000E+00 -2.8575E+00 -1.1382E-06 1.8698E-09 0.0000E+00 0.0000E+00 1.2241E+02 -1.7276E-05 5.7782E-10 0.0000E+00 0.0000E+00 -6.7720E+00 9.5679E-08 1.0726E-09 0.0000E+00 0.0000E+00 5：_圓錐係數~4th次幂係數~6th次幂係數~8th次幂係數~10th次幂係數 (Conic Order Order Order Order Coefficent)_Coefficient (AP) Coefficient (BP) Coefficient (CP) Coefficient (DP) 4.7842E+01 -3.7954E-01 0.0000E+00 O.OOOOE+OO 0.0000E+00 2.4636E+00 -2.7582E-02 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 7.6921E+00 -8.3511E-01 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 -6.5777E+00 0.0000E+00 O.OOOOE+OO 0.0000E+00 0.0000E+00 經由此所構成的二片式fB鏡片，f⑴Y=233.066、f(2)Y=244.28卜 fsx=27.93卜fsY=128.819 (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SaG=12.90(pm)、 26 201007209

Sb。：4·85㈣掃描成為掃描光線，在感光鼓i5上進 成較小的光點I2，並滿足(4)〜式⑽之條件，如表十五；感光^ ^上以中心轴Z軸在Y方向距離中心軸γ距離㈣的光點 斯光束直徑(^)，如表十六；且本實施例之魅分布圖如圖^ 示。圖中，單位圓直徑為0.05mm。 ^ 表十五、第四實施例滿足條件表

0.5890 ❹

主掃描方向 0.4580 (nd2 ~1) 0.5691 1.0810 0.4699 0.0546 0.0256 /(2炒 副掃描方向~ — ^-) + (-^- — min(^-5a) max(Sb -Sa) _max(SbSa) iSb0-Sa0)~

_min(Sb-Sa) 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 -107.455 -95.983 -84.201 -95.983 -60.245 -48.203 -36.159 -24.114 0.000

Max(2Ga, 2Gb) 7.53E-03 S.04E-03 4.90E-03 5.40E-03 6.89E-03 3.88E-03 3.44E-03 2.87E-03 4.92E-03 <第五實施例> 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131a為新月形且凸面在微機電反射鏡1〇側之 27 201007209 鏡片，其中第二鏡片132為新月形且凹面在微機電反射鏡iq侧之 鏡片所構成，在第一鏡片131第一光學面i3la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 : 如袅+七;3矣+八。 ^

表十七 一先學面 ptical surface MMS反射面R lens 1 R1 (Anamorphic) Rlx* Rly* R2(Anamorphic) R2x* R2y* lens 2 R3(Anamorphic) R3x* R3y* R4(Anamorphic>> R4x* R4y* 感光 4(drunV>R5 *表示非球面 第五實施例之fe光學特性 ^率半徑(mm) d厚度(mm^ 'thickness') 20.00" nd折射率 〔refraction index) 1 1.527 845.26 78.38 -32.17 224.02 61.06 -392.75 -34.88 -99.01 10.00 20.00 11.26 107.97 1.527 201007209 表十八、第五實施例之光學面非球面參數 像曲面方程式係數(Anamorphic equation coefficent) *turfice)1Cal fCoif= 次幂係數础次幂係數8th次幂係數10th次幂係數 surface) (C〇„,c 〇,,, Order 〇rder 〇rder -II I Coefflcient^AR> CoeificientfBR) Coefficient fCR> Coefficient (DR) ,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 R3» -«-5402E-07 7.1261E-10 0.0000E+00 O.OOOOE+OO R4* .〇,〇!2^ 'Ι·8598Ε·°6 1.2970E-10 O.OOOOE+00 O.OOOOE+OO ----：--2-"23728E-07 6.8959F.-10 n nnrtm-i-fin n nnnnp-i-nn

Rl* R2* 光 (d雜係數幂係數6也次幂係數8出次幂係數丨她次幕係數 **** H c^tiAaS£^ ⑽ 0rder iDJz.z/j3y8 -0.347992 6.9270E+00 6.7524E+00 -1.5624E+00

Coefficient (CP) Coefficient (DP) 〇.〇〇〇〇〇〇 〇.〇〇〇〇〇〇 〇.〇〇〇〇〇〇 -3.0389E-02 O.OOOOE+OO 0.000OE+00 -8.644 IE-01 O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO ^OOOOE+OO O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO 0.0000E+00 O.OOOOE+OO O.OOOOE400 經由此所構成的二片式f9鏡片，f⑴^223 383、f(2)Y= 247·789 fsX=33.301、fsY=128.847 (mm)可將掃描先線轉換成距離與時間制 性之掃描練光點，並將微機電反機1G上光點&=ΐ2謂卿） 8^4618.85㈣掃描成為雜絲，麵級^上進行聚焦，开 成較小的光點I2 ’並献(4)〜式⑽之條件，如表十九；感光盡 ❹ 15上以中心轴Z軸在γ方向距離中心軸γ距離(腿)的光點之* 斯光束直徑㈣’如表二十；且本實關之光點分布圖如圖^ : 示。圖中’單位圓直徑為0 〇5mm。 29 201007209 表十九、第五實施例滿足條件表 d3 +d4 +ds

f(W Α_ /(2)r 主掃描方向 副掃描方向( fsr-( (»dl -1) , (nd2 -1) 'my -)+( '(2)y——L、 及U及2λτ及3x R*x

fsX

minQVSj— max(Sb.Sa) 7mm max(Sb -gj (S*〇 D (^o· 0.6233 0.4357 0.5753 1.5323 0.4319 0.0439 0.0190 表二十、第五實施例感光鼓上光點高斯光束直徑的最大值 ^ ^8-537 -96.503 -84.379 -96.503 -60.177 -48.Ϊ^Γ^：〇81 .24.〇5〇~~ M^JGb) ^03 ^^3 1.62E-03 2.06E-03 1.24E-03 1.I8E-Q3 1.30E-03 1.69E-03 9.22E-04 ❹ 藉由上述之實施例說明，本發明至少可達下列功效： (1)藉由本發明之二片式fe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，使成像於目標物上形成之兩相鄰光點間 距相等。 ‘ 得以縮小 (2)藉由本發明之二片式历鏡片之設置，可畸變修正於主掃 描方向及副掃描方向掃描光線，使聚焦於成像的目標物上之光點 201007209 ⑶藉由本翻之二片式$鏡片之設置，可畸變修正 =向及副掃描方向掃描光線，使成像在目標物上的光點大小均 以上舰僅為本發_較佳實施例，對本發明 性的’而非限制性的；本專業技術人員理解u 二限定的精神和範圍内可對其進行許多改變，修改發== 更但都將落入本發明的保護範圍内。 ❹ ❹ 【圖式簡單說明】 圖1為本發明二片式历鏡片之光學路徑之示意圖； 圖2為-微機電反射鏡掃描角度θ與時間t之〜關係圖； ^ 3 ^H鏡片之掃摇光線之光學路徑圖及符號 明{SJ， 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 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，本發明通過第-鏡狀第二之柄光線之實施例之光 学路徑圖， 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； 圖丨〇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。 31 201007209 . 【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、 ◎ 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)

1. 201007209 十、申請專利範圍：

   1. 一種微機電雷射掃描裝置之二片式扭鏡片，其係適用於一微機 電雷射掃描裝置’該微機電雷射掃描裝置至少包含一用以發射光 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 光線之微機電反射鏡、及一用以感光之目標物；該二片式扭鏡 片包含，由該微機電反射鏡依序起算，係由一正屈光度新月形且 凸面在該微機電反射鏡側之第一鏡片及一正屈光度新月形且凹 面在該微機電反射鏡侧之第二鏡片所構成，其中該第一鏡片具有 一第一光學面及一第一光學面，該第一光學面與該第二光學面， 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光線光點；其中該第二鏡片具有一第 三光學面及一第四光學面，該第三光學面與該第四光學面，在主 掃描方向至少有一個光學面為非球面所構成，係將該第一鏡片之 掃描光線修正聚狀該目標物上；藉由該二片式β鏡片將該微 機電反射鏡反射之掃描光線於該目標物上成像。 2. 如申請專利範圍第1項所述之微機電雷射掃描裝置之二片式扭 鏡片，在主掃描方向進一步滿足下列條件： 0.1<^1±^<0.8 ； Ai)Y 〇.2<各<0.8 ; 其中，W為該第一鏡片在主掃描方向之焦距、w為該第二鏡 片在主掃描方向之焦距、d3#㈣。該第〜鏡片目標物侧光學面 至該第二鏡片微機電反射鏡側光學面之距離、山為㈣。該第二 鏡片厚度d5為Θ-0該第二鏡片目標物侧光學面至該目標物之 33 201007209 距離。 3.如申請專利範圍第1項所述之微機電雷射掃描裝置之二片式扭 鏡片’進一步滿足下列條件： 在主掃描方向滿足 0.3 fsr'( , (nd2 一 1) )< 0.6 ； f(i)y 在副掃描方向滿足 其中’ fwY與f(2)Y為該第一鏡片及該第二鏡片在主掃描方向之焦 距、fsX為二片式伤鏡片在副掃描方向之複合焦距、fsY為二片式 伤鏡片在主掃描方向之複合焦距、Rk第丨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曲率半徑、ndl與 η<ΐ2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項所述之微機電雷射掃描裝置之二片式扭 鏡片’其中最大光點與最小光點大小的比值滿足·· 〇Λ<δ = ^·Μ ； Q max(5A-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1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 ”

   max(54 -Sn) =·(^Γ<0·10 <0.10 ; minCVD (n〇) 34 201007209 其中，sa0與sb0為該微機電反射鏡反射 掃描方向及副細方向之長度、\與線的光點在主 形成的任-個光縣續财向及_ ^感光鼓上掃瞄光線反射鏡反射面观線的先點經掃描之二 大^的比值、nmin為該微_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。 ❹ Ο 35