JP3121751U

JP3121751U - Laser scan unit

Info

Publication number: JP3121751U
Application number: JP2006001633U
Authority: JP
Inventors: 三偉徐; 兆展 ▲と▼; 明華温; 國仁陳; 翊麟朱
Original assignee: 一品光学工業股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2006-03-08
Filing date: 2006-03-08
Publication date: 2006-05-25
Anticipated expiration: 2016-03-08

Abstract

【課題】簡素かつ高精度のレーザースキャンユニットの提供。
【解決手段】半導体レーザー１０、コリメーターレンズ１１、微小電気機械振動式反射鏡１２、及びＦ−Ｓｉｎθレンズ片１３より構成され、微小電気機械振動式反射鏡は、その微小電気機械振動の構造により一定の振幅で単振動で振動して、入射したレーザービームをＦ−Ｓｉｎθレンズ片に反射し、該Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片は微小電気機械振動式反射鏡の時間に対する角度変化量が正弦関係を成すように修正することにより、レーザービームが結像面１４において等速スキャンすることを可能とする。
【選択図】図１A simple and highly accurate laser scanning unit is provided.
A semiconductor laser, a collimator lens, a micro electromechanical vibratory reflecting mirror, and an F-Sinθ lens piece are constituted by the structure of the micro electromechanical vibration. The laser beam oscillates with a single vibration with a constant amplitude and reflects the incident laser beam to the F-Sinθ lens piece, and the F-Sinθ lens piece has a sine relationship in the amount of change in angle with respect to time of the microelectromechanical vibratory mirror. This modification enables the laser beam to scan at a constant speed on the imaging plane 14.
[Selection] Figure 1

Description

本考案は、レーザービームプリンターなどにおいて、単振動する微小電気機械振動式反射鏡を利用してレーザービームの投射方向を制御し、Ｆ−Ｓｉｎθラインスキャンレンズ片が振動式反射鏡の時間に対し正弦関係を成す角度変化量を修正し、レーザースキャンユニットが要求するラインスキャンの効果を達成し、スキャン効率を向上することを特徴とした、レーザースキャンユニットに関する。 The present invention controls the projection direction of a laser beam by using a micro-electromechanical vibratory reflector that simply vibrates in a laser beam printer, and the F-Sinθ line scan lens piece is sine with respect to the time of the vibratory reflector. The present invention relates to a laser scanning unit characterized in that the amount of change in angle that forms a relationship is corrected, the effect of line scanning required by the laser scanning unit is achieved, and the scanning efficiency is improved.

現在のレーザービームプリンターの応用技術において、既存のアメリカ合衆国ＵＳ５１２８７９５、ＵＳ５１６２９３８、ＵＳ５３２９３９９、ＵＳ５７１０６５４、ＵＳ５７５７５３３、ＵＳ５６１９３６２、ＵＳ５７２１６３１、ＵＳ５５５３７２９、ＵＳ５１１１２１９、ＵＳ５９９５１３１、ＵＳ６７２４５０９、及び特公平７−１１１５０１号公報（特開４−５０９０８号公報）、特開平５−４５５８０号公報等の特許発明において開示されているレーザースキャンユニットモジュールの多くは、高速旋転する多面鏡を利用しレーザービームのスキャン動作を制御するものであって、半導体レーザーを用いてレーザービームを発射し、該レーザービームはコリメーターレンズを経由し、更にレンズ口径を通過して平行ビームを形成し、平行ビームは更に円柱レンズを通過する。該円柱レンズの主な作用は、前述の平行ビームの副スキャン方向Ｙ軸上の広がりを主スキャン方向Ｘ軸の平行方向に集めラインイメージを形成することにあって、更に高速旋転する多面鏡に投射する。該多面鏡上には均等に連続して多面反射鏡が設けられてなり、適当な位置或いは上述のラインイメージの焦点位置に設けられてなる。多面鏡がレーザービームの投射方向を制御することにより、連続する複数の反射鏡が高速旋転する時に反射鏡上に射出するレーザービームが主スキャン方向（Ｘ軸）の平行方向にそって、同一の角速度で偏向しＦ−θラインスキャンレンズ片上に反射することができる。該Ｆ−θレンズ片は多面鏡の側面に設置され、単レンズ構造或いは複合レンズ構造（ＵＳ５９９５１３１の特許図参照）にてなることができ、Ｆ−θレンズ片は主に多面鏡上の反射鏡を経由して反射しＦ−θレンズ片に入射するレーザービームを集め楕円形の光点を形成し光接触面、即ち結像面上に投射しラインスキャンの目的を達成することを可能としている。
しかしながら、公知のレーザースキャンユニットは、使用上に下記の問題が存在する。
（１）、該旋転式多面鏡の製造は、難易度が高く価格が高い為、相対的にレーザースキャンユニットの製造コストは増加する。
（２）、該多面鏡は高回転機能（例；４００００回転/分）、高精密度が必要とされ、一般の多面鏡上の反射面の鏡面Ｙ軸の厚みは極めて薄く、公知のレーザースキャンユニット内は円柱レンズの増設が必要とされ、レーザービームは該円柱レンズを経由して一つの線（Ｙ軸上で一点になる）に集められ、多面鏡の反射鏡上に投射される為、構成部材及び組み立て作業工程が増加する。
（３）、公知の多面鏡は高回転を必要とし、回転の騒音が相対的に増加し、多面鏡は起動から安定動作速度に至るまで比較的長い時間を必要とし、起動後の待機時間が増加する。
（４）、公知のレーザースキャンユニットの組み立て構造において、多面鏡の反射鏡に投射したレーザービームの中心軸及び多面鏡の中心回転軸は正確には対応せず、相互に合わせるＦ−θレンズ片を設計する時、同時に多面鏡の軸偏差を考慮する必要があり、Ｆ−θレンズ片の設計及び製造上に余計に面倒が生じる。
特公平７−１１１５０１号公報特開平５−４５５８０号公報 In the application technology of the current laser beam printer, existing US Pat. No. 5,128,795, US Pat. No. 5,162,938, US Pat. No. 5,329,399, US Pat. Many of the laser scanning unit modules disclosed in patent inventions such as Japanese Patent Laid-Open No. 5-45580 and the like control a laser beam scanning operation using a polygon mirror that rotates at high speed. A laser beam is emitted by using a collimator lens, and the laser beam passes through the lens aperture to form a parallel beam. , Collimated beam further passes through a cylindrical lens. The main function of the cylindrical lens is to collect the spread of the parallel beam on the Y-axis in the sub-scan direction in the parallel direction of the main scan direction and the X-axis, thereby forming a line image. Project. A polyhedral reflecting mirror is provided on the polyhedral mirror in an even and continuous manner, and is provided at an appropriate position or at the focal position of the above-described line image. By controlling the projection direction of the laser beam by the polygon mirror, the laser beam emitted onto the reflecting mirror when the plurality of successive reflecting mirrors rotate at high speed is the same along the parallel direction of the main scanning direction (X axis). It can be deflected at an angular velocity and reflected on the F-θ line scan lens piece. The F-θ lens piece is installed on the side surface of the polygon mirror, and can have a single lens structure or a compound lens structure (see the patent drawing of US5995131). The F-θ lens piece is mainly a reflecting mirror on the polygon mirror. The laser beam reflected via the laser beam and incident on the F-θ lens piece is collected to form an elliptical light spot and projected onto the optical contact surface, that is, the imaging surface, thereby achieving the purpose of line scanning. .
However, the known laser scanning unit has the following problems in use.
(1) Since the rotational polygon mirror is difficult to manufacture and expensive, the manufacturing cost of the laser scan unit is relatively increased.
(2) The polygon mirror is required to have a high rotation function (for example, 40000 rotations / minute) and high precision, and the mirror surface Y-axis thickness of the reflection surface on a general polygon mirror is extremely thin, and a known laser scan In the unit, it is necessary to add a cylindrical lens, and the laser beam passes through the cylindrical lens and is collected on one line (one point on the Y axis) and projected onto the reflector of the polygon mirror. The number of components and assembly work steps are increased.
(3) The known polygon mirror requires a high rotation, the noise of rotation increases relatively, the polygon mirror requires a relatively long time from the start to the stable operation speed, and the waiting time after the start To increase.
(4) In a known laser scanning unit assembly structure, the center axis of the laser beam projected onto the reflecting mirror of the polygon mirror and the center rotation axis of the polygon mirror do not correspond exactly, and the F-θ lens pieces to be matched with each other At the same time, it is necessary to consider the axial deviation of the polygonal mirror, which causes additional trouble in designing and manufacturing the F-θ lens piece.
Japanese Patent Publication No.7-111501 JP-A-5-45580

本考案は、微小電気機械振動式反射鏡を利用して、公知の旋転式多面鏡に置き換えてレーザービームスキャンユニットを制御し、更にＦ―Ｓｉｎθラインスキャンレンズ片を利用して公知のＦ−θラインスキャンレンズに置き換え、該Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片は振動式反射鏡の時間に対して正弦関係を成す角度の変化量を修正し、レーザービームを結像面上に等速スキャンさせ、レーザースキャンユニットが必要とするラインスキャンの作用を達成し、スキャン効率を向上させることを特徴とした、レーザースキャンユニットを提供することを目的とする。 The present invention uses a micro electromechanical vibratory mirror to replace a known rotating polygon mirror to control a laser beam scanning unit, and further uses a F-Sin θ line scan lens piece to make a known F-θ. Replaced by a line scan lens, the F-Sinθ lens piece corrects the amount of change in the angle that forms a sine relationship with the time of the oscillating reflector, scans the laser beam on the imaging surface at a constant speed, and a laser scan unit An object of the present invention is to provide a laser scanning unit characterized in that it achieves the line scanning action required by, and improves the scanning efficiency.

本考案は、更に、微小電気機械振動式反射鏡に対して単振動方式によりレーザービームを反射することによって、結像面上の光点間距離が時間経過と共に減少する非等速スキャン現象が生じることに対して、Ｆ−Ｓｉｎθラインスキャンレンズ片を配置し、該Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片は時間に対して正弦関係を成す角度変化量を修正し、微小電気機械単振動反射鏡による結像面上の光点距離が時間経過と共に減少する非等速スキャン現象を等速スキャンへと修正し、レーザービームの結像面への投射が等速スキャンとなるようにし、レーザースキャンユニットの必要とするラインスキャンの作用を達成することを特徴とした、レーザースキャンを提供することを目的とする。 In the present invention, the laser beam is reflected by a single vibration method with respect to the microelectromechanical vibratory reflecting mirror, thereby causing a non-constant scanning phenomenon in which the distance between the light spots on the imaging surface decreases with time. On the other hand, an F-Sinθ line scan lens piece is arranged, and the F-Sinθ lens piece corrects the amount of change in angle that has a sine relationship with respect to time, and is formed on the image plane by the micro-electromechanical single-vibration reflector. Corrects the non-constant scan phenomenon, where the light spot distance of the laser beam decreases with time, to a constant scan, so that the projection of the laser beam onto the imaging surface is a constant scan, and the line required by the laser scan unit An object is to provide a laser scan characterized by achieving the action of the scan.

本考案は更に、該レーザービームの中心軸を該微小電気機械反射鏡の機械的中心（即ち反射鏡の振動の中心）と正確に対応してなり、公知の多面鏡の軸偏差を解消し、Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片の設計及び製造を簡易化できることを特徴とした、レーザースキャンを提供することを目的とする。 The present invention further accurately corresponds the center axis of the laser beam to the mechanical center of the microelectromechanical reflector (i.e., the center of vibration of the reflector) to eliminate the axial deviation of a known polygon mirror, An object of the present invention is to provide a laser scan characterized in that the design and manufacture of an F-Sinθ lens piece can be simplified.

本考案は、更に、該レーザースキャンユニットのモジュール内において、該コリメーターレンズ及び該微小電気機械振動式反射鏡の間には必要に応じて円柱レンズを設置或いは設置せずして、レーザースキャンユニットの構成部材及び組み立て作業工程を簡易化することができることを特徴とした、レーザースキャンユニットを提供することを目的とする。 The present invention further provides a laser scan unit in which a cylindrical lens is not installed or installed between the collimator lens and the microelectromechanical vibratory reflector in the module of the laser scan unit. It is an object of the present invention to provide a laser scanning unit characterized in that the constituent members and assembly process can be simplified.

本考案は、公知の旋転式多面鏡に替えて微小電気機械振動式反射鏡によりレーザービームスキャンユニットを制御し、その振動周期に伴なう結像面に於けるスキャンビーム偏差の修正を公知のＦ−θラインスキャンレンズに替えて、逆の偏向特性を有するＦ―Ｓｉｎθラインスキャンレンズ片を利用して行い、
該Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片を用いることにより、振動式反射鏡の時間に対し正弦関係を成す角度の変化量を修正して、レーザービームを結像面上に等速スキャンさせる。 In the present invention, the laser beam scanning unit is controlled by a micro-electromechanical vibratory mirror instead of the known rotating polygon mirror, and correction of the scan beam deviation on the imaging plane according to the vibration period is publicly known. In place of the F-θ line scan lens, an F-Sin θ line scan lens piece having reverse deflection characteristics is used.
By using the F-Sinθ lens piece, the amount of change in the angle that forms a sine relationship with the time of the vibrating reflector is corrected, and the laser beam is scanned on the imaging surface at a constant speed.

上述の構成により、本考案は以下の長所を具有する。
１．レーザースキャンユニットモジュール内には、円柱レンズの設置が必要とされず、Ｆ―Ｓｉｎθレンズ片の光学設計はより堅固でより高精度にすることができる。
２．レーザービームの中心軸と微小電気機械振動式反射鏡の機会の中心は公知の多面鏡の軸偏差の問題がなく、Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片を設計する時、光学領域の対称性のみを考慮すればよく、Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片の構造及び製造は簡易化される。
３．微小電気機械振動式反射鏡の単振動は、起動後直ぐに安定動作速度に達するため、待機時間が非常に小さく、比較的高い回転速度にできることにより多面鏡のモーターに比べてエアーベアリングモーターを使用可能であり、より高速度として微小電気機械振動式反射鏡はスキャン効率が比較的高くなる。
４．微小電気機械振動式反射鏡の単振動は、一定の振幅で反対方向に振動し、スキャン方向は双方向を往復させることができ、一定の回転速度において、微小電気機械振動式反射鏡の双方向スキャンの速度は、多面鏡の単方向スキャンの速度の２倍の速度に出来るためスキャン効率を高めることができる。 With the above configuration, the present invention has the following advantages.
1. A cylindrical lens is not required to be installed in the laser scan unit module, and the optical design of the F-Sinθ lens piece can be made more robust and more accurate.
2. The central axis of the laser beam and the center of opportunity of the microelectromechanical vibratory reflector are not related to the problem of the axial deviation of the known polygon mirror. When designing the F-Sinθ lens piece, only the symmetry of the optical region should be considered. Well, the structure and manufacture of the F-Sinθ lens piece is simplified.
3. The simple vibration of the micro-electromechanical vibratory mirror reaches a stable operating speed immediately after startup, so the standby time is very short, and a relatively high rotation speed enables the use of an air bearing motor compared to a polygon mirror motor. Yes, at higher speeds Micro-electromechanical vibratory mirrors have relatively high scanning efficiency.
4). The simple vibration of the microelectromechanical vibratory mirror oscillates in the opposite direction with a constant amplitude, and the scan direction can reciprocate in both directions. Since the scanning speed of the bidirectional scanning can be double the speed of the unidirectional scanning of the polygon mirror, the scanning efficiency can be improved.

本考案に対する長所、目的、技術的特徴及び効果を、以下の図に合わせて詳細に説明する。
図１，２，３，４に示すように、本考案のレーザースキャンユニット１は、半導体レーザー１０、コリメーターレンズ１１、微小電気機械振動式反射鏡１２、及びＦ―Ｓｉｎθレンズ片１３より構成され、その特徴は、該微小電気機械振動式反射鏡１２を利用して公知の旋転式多面鏡に置き換え、半導体レーザー１０が発生するレーザービームがコリメーターレンズを通過して平行ビームを形成し、平行ビームが円柱レンズを経由することなく、直接に微小電気機械振動式反射鏡１２上に投射することを可能としてなる。微小電気機械振動式反射鏡１２は、一定の振幅で単振動してなり、該入射したレーザービームの反射方向を制御し、レーザービームの反射は側面のＦ−Ｓｉｎθレンズ面１３で屈折し、更にＦ−Ｓｉｎθレンズ片１３の屈折を経由して結像面に投射し、レーザースキャンユニットが必要とするラインスキャン作用を達成する。 Advantages, objects, technical features and effects of the present invention will be described in detail with reference to the following drawings.
As shown in FIGS. 1, 2, 3, and 4, the laser scanning unit 1 of the present invention is configured by a semiconductor laser 10, a collimator lens 11, a micro electromechanical vibratory reflecting mirror 12, and an F-Sinθ lens piece 13. The feature is that the micro-electromechanical vibratory mirror 12 is used to replace a known rotating polygon mirror, and the laser beam generated by the semiconductor laser 10 passes through a collimator lens to form a parallel beam. The beam can be projected directly onto the microelectromechanical vibrating reflector 12 without going through the cylindrical lens. The microelectromechanical vibratory reflecting mirror 12 is simply oscillated with a constant amplitude, controls the reflection direction of the incident laser beam, and the reflection of the laser beam is refracted by the F-Sinθ lens surface 13 on the side surface. The light is projected onto the imaging surface via the refraction of the F-Sinθ lens piece 13 to achieve the line scanning action required by the laser scanning unit.

更に、該微小電気機械振動式反射鏡１２の単振動方式に対して、本考案は特にＦ−Ｓｉｎθレンズ片１３を新たに設計し利用し、ラインスキャンの要求を達成する。該Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片１３の技術的特徴、動作の効果、及び公知のＦ−θレンズ片との違いを以下に説明する。 Furthermore, in contrast to the single vibration system of the microelectromechanical vibratory reflecting mirror 12, the present invention specifically designs and uses the F-Sinθ lens piece 13 to achieve the line scan requirement. The technical features of the F-Sin θ lens piece 13, operational effects, and differences from known F-θ lens pieces will be described below.

公知のレーザースキャンユニットは、旋転方式多面鏡を採用してその等角速度旋転によりレーザービームの感光ドラム上のスキャン動作を行うが、この時レーザービームが旋転式多面鏡により反射する角度は下記の式を満たす。
θ（ｔ）＝ω＊ｔ、ω；多面鏡の旋転角速度・・・Ｅ（１） A known laser scanning unit adopts a rotating polygon mirror and performs scanning operation of the laser beam on the photosensitive drum by rotating at a constant angular velocity. At this time, the angle at which the laser beam is reflected by the rotating polygon mirror is expressed by the following equation. Meet.
θ (t) = ω * t, ω: rotational angular velocity of the polygon mirror E (1)

図５、７に示すように、多面鏡は等角速度で旋転し、即ちωは常数にてなり、よって反射角度θは時間ｔに正比例する。言い換えれば、時間間隔が等しい場合、反射角度θの時間に対する変化量も等しくなる。反射されたレーザービームはレンズ片を経由して結像面１４に集められ、この時光点のＹ方向の位置Ｙ’は、下記の式を満たす。
Ｙ’＝Ｌｐ＊Ｔａｎ（θ（ｔ））、Ｌｐ；多面鏡の反射鏡面から結像面の距離・・Ｅ（２） As shown in FIGS. 5 and 7, the polygon mirror rotates at an equiangular velocity, that is, ω is a constant, and the reflection angle θ is directly proportional to the time t. In other words, when the time intervals are equal, the amount of change with respect to time of the reflection angle θ is also equal. The reflected laser beam is collected on the imaging plane 14 via the lens piece, and the position Y ′ of the light spot in the Y direction satisfies the following formula.
Y ′ = Lp * Tan (θ (t)), Lp; distance from the reflecting mirror surface of the polygon mirror to the imaging plane. E (2)

図７の破線に示すように、結像面における光点の軌跡は時間の増加に従い、一つの光点と次の光点の間の距離も増加し、即ち結像面上の光点の速度は時間に対して非等速であると共に徐々に増加する。このような現象は、レーザースキャンユニットにおいて許容できないものであるから、この時該レンズ片は集光作用のみでなく、このような光点の非等速運動を修正する必要がある。光点の軌跡を等速にしたとき、修正された光点の位置Ｙ’は下記の式を満たす。
Ｙ’＝Ｆ＊θ（ｔ）、Ｆ；該レンズ片の焦点距離・・・Ｅ（３） As shown by the broken line in FIG. 7, the locus of the light spot on the imaging surface increases with time, and the distance between one light spot and the next light spot increases, that is, the speed of the light spot on the imaging surface. Increases gradually as it is non-constant with respect to time. Such a phenomenon is unacceptable in the laser scanning unit. At this time, it is necessary that the lens piece not only collects light but also corrects the non-constant motion of such a light spot. When the locus of the light spot is made constant, the corrected light spot position Y ′ satisfies the following equation.
Y ′ = F * θ (t), F; focal length of the lens piece E (3)

この場合、図７の実線に示すように時間間隔が等しいとき、反射角度の変化量も等しく、Ｅ（３）式に示されるように光点の位置Ｙ’が等間隔で距離が変化するためには、同時に光点の大きさとその軌跡を等速に修正する特殊なレンズ片、Ｆ−θレンズ片を必要とする。
図９に示すように、光学設計上、このようなレンズ片は負の又は樽型歪曲（ＮｅｇａｔｉｖｅＤｉｓｔｏｒｔｉｏｎｏｒＢａｒｒｅｌＤｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）を有しており、即ち、元のビーム経路はＦ−θレンズ片によって写像の中心（ｐｒｉｎｔｉｎｇＣｅｎｔｅｒ）に向かって屈折して、レンズ片による屈折したビームと元のビームは、中心から離れるにつれて図７に示すｄ１、ｄ２、ｄ３が拡大して行くとおり、結像面１４上で位置がずれて行き、その修正作用によって光点間隔を一定に維持することが出来る。 In this case, when the time intervals are equal as shown by the solid line in FIG. 7, the amount of change in the reflection angle is also equal, and the position of the light spot Y ′ changes at equal intervals as shown in E (3). Simultaneously requires a special lens piece and an F-θ lens piece for correcting the size of the light spot and its locus at a constant speed.
As shown in FIG. 9, due to optical design, such a lens piece has a negative or barrel distortion, that is, the original beam path is mapped by the F-θ lens piece. 7, the beam refracted by the lens piece and the original beam are refracted toward the center of the image, and d1, d2, and d3 shown in FIG. The position shifts and the light spot interval can be kept constant by the correcting action.

これに対して本考案は、微小電気機械振動式反射鏡１２を利用して多面鏡に置き換えるもので、旋転式多面鏡とは異なり、微小電気機械振動式反射鏡１２の単振動によって、レーザービームが振動式反射鏡を通過した後の反射角度θと時間ｔの関係は、次のとおりである。
θ（ｔ）＝θｓ＊Ｓｉｎ（２πｆ＊ｔ）・・・・Ｅ（３）
ｆ；微小電気機械反射鏡１２のスキャン周波数
θｓ；ビームが微小電気機械反射鏡を通過した後の最大スキャン角度 In contrast, the present invention replaces the polygonal mirror by using the microelectromechanical vibratory reflecting mirror 12, and unlike the rotating polygonal mirror, the laser beam is generated by the simple vibration of the microelectromechanical vibratory reflecting mirror 12. The relationship between the reflection angle θ after passing through the vibrating reflector and the time t is as follows.
θ (t) = θs * Sin (2πf * t)... E (3)
f; scan frequency θs of the microelectromechanical reflector 12; maximum scan angle after the beam passes through the microelectromechanical reflector

図６に示すように、時間間隔が等しい場合、対応する反射角度の変化量は等しくならず、振動の周期において両端に向かって徐々に減少するため、時間に対して正弦関係を成す。微小電気機械振動式反射鏡の一回の往復運動は、完全な周期を持ち、図６に示すように、４分の１の周期にてなる時、最大反射角度θｓに到達する。 As shown in FIG. 6, when the time intervals are equal, the corresponding change amounts of the reflection angle are not equal, and gradually decrease toward both ends in the vibration period, so that a sine relationship is formed with respect to time. One reciprocating motion of the microelectromechanical vibratory reflector has a complete cycle and, as shown in FIG. 6, reaches the maximum reflection angle θs when it has a quarter cycle.

図８に示すように、
光点の位置Ｙ’＝Ｌｍ＊Ｔａｎ（θｓ＊Ｓｉｎ（２πｆ＊ｔ））・・・Ｅ（５）
Ｌｍ；反射鏡面から結像面１４の距離 As shown in FIG.
Light spot position Y ′ = Lm * Tan (θs * Sin (2πf * t))... E (5)
Lm: Distance from the reflecting mirror surface to the imaging surface 14

Ｅ（５）式は、結像面において中心から離れるに従い、すなわち光点と次の光点の間の距離は時間と共に減少し、結像面１４における光点の速度は非等速であると共に振動周期両端に向けて徐々に減速する。この現象は旋転式多面鏡の場合と正反対であり、同様にビームを偏向するレンズ片によって修正して、結像面において等速スキャンをさせる必要がある。このレンズ片は、時間に対する角度変化量が正弦関係を成すように修正する作用を有し、旋転式多面鏡が使用するＦ−θレンズ片に対して、Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片１３と称する。光学設計において、Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片１３は、正の又は糸巻型歪曲（ＰｏｓｉｔｉｖｅＤｉｓｔｏｒｔｉｏｎｏｒＰｉｎｃｕｓｈｉｏｎＤｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）を生じ、元のビーム経路はＦ−Ｓｉｎθレンズ片を経由して写像の終端（ｐｒｉｎｔｉｎｇＥｎｄ）に向かって屈折し、図８に示すように、Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片１３により屈折されたビームと元のビームの結像面における位置の差（ｄ１’、ｄ２’、ｄ３’）は、中心から外方に向かって増加する。 As E (5) goes away from the center in the imaging plane, that is, the distance between the light spot and the next light spot decreases with time, and the speed of the light spot on the imaging plane 14 is non-constant. Decelerate gradually toward both ends of the vibration cycle. This phenomenon is the opposite of the case of the rotating polygon mirror, and it is necessary to correct the beam with a lens piece that deflects the beam and scan the image plane at a constant speed. This lens piece has a function of correcting the angle change amount with respect to time so as to form a sine relationship, and is referred to as an F-Sinθ lens piece 13 with respect to the F-θ lens piece used by the rotary polygon mirror. In the optical design, the F-Sinθ lens piece 13 produces a positive or pincushion distortion, and the original beam path passes through the F-Sinθ lens piece to the end of the mapping (printing end). As shown in FIG. 8, the difference in position (d1 ′, d2 ′, d3 ′) between the beam refracted by the F-Sinθ lens piece 13 and the original beam on the imaging plane is out of the center. It increases toward.

図９、１０に示すように、旋転式多面鏡と微小電気機械振動式反射鏡のレーザースキャンユニットの光学的構造は相違し、それぞれ光学システムのレンズ片は、Ｆ−θレンズ片及びＦ−Ｓｉｎθを設けてなり、いずれも光点位置の修正機能を備えることによって結像面上のスキャン速度は等速として時間間隔が等しい場合、光点と次の光点との間の距離も等しくなる。 As shown in FIGS. 9 and 10, the optical structure of the laser scanning unit of the rotating polygon mirror and that of the microelectromechanical vibratory reflector is different, and the lens pieces of the optical system are the F-θ lens piece and the F-Sinθ, respectively. In any case, by providing the light spot position correcting function, when the scanning speed on the imaging surface is constant and the time intervals are equal, the distance between the light spot and the next light spot is also equal.

図１１、１２に示すように、旋転式多面鏡と微小電気機械振動式反射鏡のレーザースキャンユニットが使用するＦ−θレンズ片とＦ-Ｓｉｎθレンズ片は歪曲の光学特性が相違し、図１１には樽型歪曲の光学特性、図１２には糸巻型歪曲の光学特性を示す。 As shown in FIGS. 11 and 12, the F-θ lens piece and the F-Sinθ lens piece used by the laser scanning unit of the rotating polygon mirror and the microelectromechanical vibratory reflection mirror have different optical characteristics of distortion. Shows optical characteristics of barrel distortion, and FIG. 12 shows optical characteristics of pincushion distortion.

上述のように、本考案の微小電気機械振動式反射鏡１２及びＦ−Ｓｉｎθレンズ片１３を利用して構成されるレーザースキャンユニットは、公知の旋転式多面鏡及びＦ−θレンズ片を利用して構成するレーザースキャンユニットとは全く相違する。 As described above, the laser scanning unit configured using the micro-electromechanical vibratory reflecting mirror 12 and the F-Sinθ lens piece 13 of the present invention uses a known rotating polygon mirror and F-θ lens piece. This is completely different from the laser scanning unit configured.

本考案のレーザースキャンユニットモジュールの立体図である。It is a three-dimensional view of the laser scan unit module of the present invention. 図１の光学経路の平面図である。It is a top view of the optical path | route of FIG. 図１の光学経路の側面図である。（図２の垂直方法から見た図である）FIG. 2 is a side view of the optical path of FIG. 1. (It is the figure seen from the perpendicular | vertical method of FIG. 2) 本考案の微小電気機械振動式反射鏡の実施例の立体図である。It is a three-dimensional view of the Example of the micro electro mechanical vibration-type reflective mirror of this invention. 旋転式多面鏡及び微小電気機械振動式反射鏡が反射した後の反射角度θと時間ｔの関係図である。FIG. 6 is a relationship diagram between a reflection angle θ and a time t after reflection by a rotating polygon mirror and a micro electro mechanical vibration reflector. 本考案のレーザースキャンユニットモジュールの立体図である。It is a three-dimensional view of the laser scan unit module of the present invention. 旋転式多面鏡の光点スキャンの軌跡図である。It is a locus figure of the light spot scan of a rotation type polygon mirror. 微小電気機械振動式反射鏡の光点スキャンの軌跡図である。It is a locus | trajectory figure of the light spot scan of a micro electro mechanical vibration-type reflective mirror. 旋転式多面鏡の光学設計図である。It is an optical design drawing of a rotating polygon mirror. 微小電気機械振動式反射鏡の光学設計図である。It is an optical design drawing of a minute electromechanical vibrating reflector. 旋転式多面鏡のレーザースキャンユニットが使用するＦ−θレンズ片の歪曲した光学特性図である。It is a distorted optical characteristic figure of the F-theta lens piece used by the laser scanning unit of a rotation type polygon mirror. 微小電気機械振動式反射鏡のレーザースキャンユニットが使用するＦ−Ｓｉｎθレンズ片の歪曲した光学特性図である。It is the optical characteristic figure which the F-Sintheta lens piece used by the laser scanning unit of a micro electromechanical vibration type reflective mirror uses.

符号の説明Explanation of symbols

１レーザースキャンユニット
１０半導体レーザー
１１コリメーターレンズ
１２微小電気機械振動式反射鏡
１３Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片
１４結像面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser scan unit 10 Semiconductor laser 11 Collimator lens 12 Micro electromechanical vibration type reflective mirror 13 F-Sin (theta) lens piece 14 Imaging surface

Claims

半導体レーザー、コリメーターレンズ、微小電気機械振動式反射鏡、及びＦ−Ｓｉｎθレンズ片より構成され、
該半導体レーザーは、レーザービームを発射してコリメーターレンズに入射し、
該コリーメーターレンズは、半導体レーザーのレーザービームを受けて、平行ビームを形成して微小電気機械振動式反射鏡に向けて射出すると共に、射出されたレーザービームの主軸は、微小電気機械振動式反射鏡の振動の中心に対応してなり、
該微小電気機械振動式反射鏡は、その微小電気機械振動の構造により、反射鏡が一定の振幅で単振動方式で振動して入射レーザービームをＦ−Ｓｉｎθレンズ片に反射し、
該Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片は、微小電気機械振動式反射鏡の時間に対する角度変化量が正弦関係を成すように修正することにより、レーザービームを結像面において等速スキャンせしめることを特徴とした、レーザースキャンユニット。 It consists of a semiconductor laser, a collimator lens, a micro electromechanical vibratory reflector, and an F-Sinθ lens piece.
The semiconductor laser emits a laser beam and enters a collimator lens,
The collimator lens receives a laser beam from a semiconductor laser, forms a parallel beam, and emits the laser beam toward a microelectromechanical vibratory reflector. The main axis of the emitted laser beam is a microelectromechanical vibratory reflector. Corresponding to the center of mirror vibration,
The microelectromechanical vibration type reflecting mirror has a structure of microelectromechanical vibration, and the reflecting mirror vibrates in a single vibration mode with a constant amplitude to reflect the incident laser beam to the F-Sinθ lens piece.
The F-Sinθ lens piece is characterized in that the laser beam is scanned at a constant speed on the imaging surface by correcting the amount of change in the angle with respect to time of the microelectromechanical vibratory mirror so that it is sinusoidal. Laser scan unit.

前記Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片は、微小電気機械振動式反射鏡が単振動方式にて反射したレーザービームが結像面において成す光点間の距離が時間の増加に従い減少する非等速スキャンの現象に対して、Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片により時間に対する角度の変化量が正弦関係を成すように修正を加え、微小電気機械振動式反射鏡が結像面に成す光点間の距離が時間に対して等速スキャンをするように修正することを特徴とした、請求項１に記載のレーザースキャンユニット。 The F-Sinθ lens piece is a phenomenon of non-constant speed scanning in which the distance between the light spots formed on the imaging plane by the laser beam reflected by the micro-electromechanical vibratory reflector by the simple vibration method decreases with increasing time. On the other hand, the F-Sinθ lens piece is modified so that the amount of change in the angle with respect to time has a sine relationship, and the distance between the light spots formed on the imaging surface by the microelectromechanical vibratory mirror is equal to time. The laser scanning unit according to claim 1, wherein the laser scanning unit is modified to perform high-speed scanning.

前記レーザービームの中心軸が微小電気機械振動式反射鏡の機械の中心に対応してなることを特徴とした、請求項１に記載のレーザースキャンユニット。 2. The laser scanning unit according to claim 1, wherein a center axis of the laser beam corresponds to a center of a micro electromechanical vibratory reflector. 3.

前記Ｆ−Ｓｉｎθは単式レンズ片構造にてなることを特徴とした、請求項１に記載のレーザースキャンユニット。 The laser scan unit according to claim 1, wherein the F-Sinθ has a single lens piece structure.

前記Ｆ−Ｓｉｎθは複合式レンズ片構造にてなることを特徴とした、請求項１に記載のレーザースキャンユニット。 The laser scan unit according to claim 1, wherein the F-Sinθ has a composite lens piece structure.

前記コリメーターレンズと微小電気機械振動式反射鏡との間には円柱レンズを設置したことを特徴とする、請求項１に記載のレーザースキャンユニット。 The laser scan unit according to claim 1, wherein a cylindrical lens is installed between the collimator lens and the microelectromechanical vibrating reflector.