JP3149596U

JP3149596U - Single-piece fθ lens for microelectromechanical system laser scanner

Info

Publication number: JP3149596U
Application number: JP2009000266U
Authority: JP
Inventors: 施柏源
Original assignee: 一品光學工業股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2009-01-22
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2019-01-22
Also published as: TWM345250U

Abstract

【課題】一種のMEMSレーザー走査装置に適する単片式ｆθレンズを提供する。【解決手段】メニスカスの凹面をMEMS反射ミラー側に設けて構成し、第１光学面と第２光学面を備え、前記MEMS反射ミラーの反射角度と時間が非線型性関係の走査光線を距離と時間が線型性関係を有する走査光線スポットに置き換えた上、目標物に集光させ、特定の光学条件を満足し、線型性走査効果及び高解像度走査の目的を実現できる。【選択図】図３A single-piece fθ lens suitable for a kind of MEMS laser scanning device is provided. A concave surface of a meniscus is provided on the side of a MEMS reflecting mirror, and includes a first optical surface and a second optical surface, and a reflection angle and time of the MEMS reflecting mirror is a distance of a scanning ray having a nonlinear relationship. The time is replaced with a scanning beam spot having a linearity relationship, and then focused on a target, satisfying a specific optical condition, and the objective of linearity scanning effect and high resolution scanning can be realized. [Selection] Figure 3

Description

本考案は一種の微小電子機械システムレーザー走査装置(Micro Electric Mechanical System Laser Scanning Unit以下、MEMS LSUという)の単片式ｆθレンズに係わり、特に一種の単振動する微小電子機械反射ミラーが発生する時間と正弦関係の角度変化に修正して、レーザー走査装置の要求する線型性走査効果を実現する単片式ｆθレンズに係わる。 The present invention relates to a single piece type fθ lens of a kind of micro electro mechanical system laser scanning device (hereinafter referred to as MEMS LSU), and in particular, a time when a kind of micro electro mechanical reflecting mirror that makes a single vibration is generated. And a sine-related angle change, and a single piece type fθ lens that realizes a linear scanning effect required by a laser scanning device.

現在、レーザービームプリンタ(Laser Beam Printer, LBP)用のレーザー走査装置(Laser Scanning Unit, LSU)は、高速回転するポリゴンミラー(polygon mirror)によって、レーザービーム走査(laser beam scanning)を行うものは、米国特許US7079171号、US6377293号、US6295116号、及び中華民国特許I198966号などが開示されている。その原理は主に以下述べるように、まず、半導体レーザーから出射するレーザービーム(laser beam)は、コリメータ(collimator)を通過し、絞り(aperture)を経て平行ビームを形成する。形成した平行ビームはさらに円柱レンズ(cylindrical lens)を通過し、副走査方向(sub scanning direction)のＹ軸上の幅は、主走査方向(main scanning direction)のＸ軸の平行方向に平行収束して線画像(line image)を形成した上、高速回転のポリゴンミラーに投射する。そのポリゴンミラー上は均一に、かつ連続した多面の反射ミラーで構成し、前記線画像(line image)の焦点位置上又はその焦点位置に近い場所に設けられている。このポリゴンミラーはレーザービームの投射方向を制御し、連続した複数の反射ミラーが高速回転するとき、反射ミラーに投射されたレーザービームを主走査方向（Ｘ軸）の平行方向に沿って、同じ角運動速度(angular velocity)で、ｆθ線型性走査レンズへ斜めに反射することができる。ｆθ線型性走査レンズは、ポリゴンミラーの側面に設けられて、単片式走査レンズ(single-element scanning lens)の構造または２片式レンズの構造であってもよい。このｆθ線型性走査レンズの機能は、ポリゴンミラーの反射ミラーによってｆθレンズに入射されたレーザービームを楕円形スポットに収束して、光受容ドラム(photoreceptor drum)すなわち、結像面上に投射し、その上、線型性走査(scanning linearity)の要求に達成すること。 Currently, a laser scanning unit (LSU) for a laser beam printer (LBP) performs laser beam scanning with a polygon mirror that rotates at high speed. U.S. Pat. Nos. US7079171, US6377293, US6295116, and Chinese Patent I198966 are disclosed. The principle is as follows. First, a laser beam emitted from a semiconductor laser passes through a collimator and forms a parallel beam through an aperture. The formed parallel beam further passes through a cylindrical lens, and the width on the Y-axis in the sub-scanning direction converges parallel to the parallel direction of the X-axis in the main scanning direction. A line image is formed and projected onto a polygon mirror that rotates at high speed. The polygon mirror is composed of a uniform and continuous multi-surface reflecting mirror, and is provided on the focal position of the line image or a position close to the focal position. This polygon mirror controls the projection direction of the laser beam. When a plurality of continuous reflection mirrors rotate at a high speed, the laser beam projected on the reflection mirror has the same angle along the parallel direction of the main scanning direction (X axis). It can be reflected obliquely to the fθ linear scanning lens with an angular velocity. The fθ linear scanning lens may be provided on the side surface of the polygon mirror and may have a single-element scanning lens structure or a two-piece lens structure. The function of this fθ linear scanning lens is to converge the laser beam incident on the fθ lens by the reflection mirror of the polygon mirror into an elliptical spot, and project it onto a photoreceptor drum, that is, an image plane. In addition, meeting the requirements of scanning linearity.

米国特許US7079171号US patent US7079171 米国特許US6377293号US Patent US6377293 米国特許US6295116号US Patent US6295116 中華民国特許I198966号Taiwan Patent I198966 米国特許US6,844,951号US patent US6,844,951 米国特許US6,956,597号US patent US6,956,597 米国特許US7,064,876号US patent US7,064,876 米国特許US7,184,187号US Patent No. 7,184,187 米国特許US7,190,499号US Patent US 7,190,499 米国特許US2006/0033021号US Patent US2006 / 0033021 米国特許US2007/0008401号US Patent US2007 / 0008401 米国特許US2006/0279826号US Patent US2006 / 0279826 中華民国特許TW M253133号Taiwan patent TW M253133 日本国特許JP 2006-201350号Japanese Patent JP 2006-201350

しかしながら、従来から提案されているレーザー走査装置を使用のときに、以下の課題が残っている。
（イ）回転式ポリゴンミラーの製造が難しく、コストも高いため、レーザー走査装置(Laser Scanning Unit、以下LSUと略する)の生産費用がかかってしまう問題がある。
（ロ）ポリゴンミラーは高速回転（例えば、40000回転毎分）機能と、高い精密度が要求されている。このため、一般のポリゴンミラーは、反射ミラーの反射面のＹ軸の幅がきわめて薄く作られていることによって、先行技術のLSU中には、すべて円柱レンズ(cylindrical lens)を追加して設けなければならない。この円柱レンズの作用は通過するレーザービームを一つ線画像（Ｙ軸上の一点）に収束して、ポリゴンミラーの反射ミラーにふたたび投射していること。上記の経緯で構成素子の増量や組立作業の増加という問題がある。
（ハ）先行技術のポリゴンミラーは高速回転（40000回転毎分）が要求されているため、回転騒音が高いほか、ポリゴンミラーは起動から稼働回転速度に安定するまでに時間が掛かり、起動後の待ち時間が長いという問題がある。
（ニ）先行技術のLSUの組立構造中には、ポリゴンミラーの反射ミラーに投射するレーザービームの中心軸に照準し、ポリゴンミラーの中心軸では照準されていないという仕組みになっているため、組み合わせるｆθレンズの設計にあたり、ポリゴンミラーのオフ軸偏差(off axis deviation)の配慮が必要になってくる、ｆθレンズの設計と製造の手間がかかってしまう問題がある。 However, the following problems remain when using the conventionally proposed laser scanning device.
(B) Since it is difficult to manufacture a rotating polygon mirror and the cost is high, there is a problem that production costs of a laser scanning unit (hereinafter referred to as LSU) are increased.
(B) The polygon mirror is required to have a high-speed rotation (for example, 40,000 rotations per minute) function and high precision. For this reason, general polygon mirrors must be provided with an additional cylindrical lens in the prior art LSU, because the Y-axis width of the reflecting surface of the reflecting mirror is made extremely thin. I must. The action of this cylindrical lens is to converge the passing laser beam into a single line image (one point on the Y axis) and project it again onto the reflection mirror of the polygon mirror. Due to the above circumstances, there is a problem of increasing the number of components and increasing assembly work.
(C) Since the prior art polygon mirror requires high speed rotation (40,000 rotations per minute), the rotation noise is high, and it takes time for the polygon mirror to stabilize from the start to the operating rotation speed. There is a problem that waiting time is long.
(D) In the assembly structure of the prior art LSU, the laser beam projected onto the reflection mirror of the polygon mirror is aimed at the central axis of the laser beam, and is not aimed at the central axis of the polygon mirror. In designing the fθ lens, there is a problem that it takes time and effort to design and manufacture the fθ lens, which requires consideration of the off-axis deviation of the polygon mirror.

近年には、先行技術のLSUの組立構造の問題点の改善を図るため、市場に一種の振動式(oscillatory)MEMS反射ミラー(MEMS mirror)が開発され、先行技術のポリゴンミラーによるレーザービーム走査を制御の代わりになる。MEMS反射ミラーはねじれ発振器(tortion oscillators)より構成し、その表面層に光反射層を有し、発振により光反射層が振動し、光線を反射して走査を行う。将来は結像システム(imaging system)、スキャナー(scanner)又はレーザープリンタ(laser printer)のLSUに応用でき、その走査効率 (Scanning efficiency）は従来の回転式ポリゴンミラーより高いとみられる。米国特許US6,844,951号、US6,956,597号によると、少なくとも一つの駆動信号を発生し、その駆動周波数は複数のMEMS反射ミラーの共振周波数に近づけさせ、駆動信号によってMEMS反射ミラーを駆動して、走査パスを生成する仕組みが開示されている。さらに、米国特許US7,064,876号、US7,184,187号、US7,190,499号、US2006/0033021号、US2007/0008401号、US2006/0279826号又は中華民国特許TW M253133号によると、LSUモジュール構造のコリメータとｆθレンズとの間に、MEMS反射ミラーを先行技術の回転式ポリゴンミラーに代えて、レーザービームの投射方向を制御する。そのほかに日本国特許JP 2006-201350などがある。この種のMEMS反射ミラーは、素子が小さく、高回転速度、低生産コストの長所を有する。しかしながら、MEMS反射ミラーは電圧駆動の入力により、単振動(harmonic motion)が開始される。この単振動は時間と角速度が正弦関係であり、MEMS反射ミラーに投射して、反射後の反射角度θと時間ｔとの関係は、 In recent years, a sort of oscillatory MEMS mirror has been developed in the market to improve the problems of prior art LSU assembly structures, and laser beam scanning with prior art polygon mirrors has been developed. Instead of control. The MEMS reflection mirror is composed of torsion oscillators, and has a light reflection layer on its surface layer. The light reflection layer oscillates due to oscillation, and reflects light to perform scanning. In the future, it can be applied to LSU of imaging system, scanner or laser printer, and its scanning efficiency is expected to be higher than the conventional rotating polygon mirror. According to U.S. Pat.Nos. 6,844,951 and 6,956,597, at least one drive signal is generated, the drive frequency is made to approach the resonance frequency of a plurality of MEMS reflection mirrors, and the MEMS reflection mirror is driven by the drive signals, A mechanism for generating a scan path is disclosed. Furthermore, according to U.S. Pat. In place of the lens, the MEMS reflection mirror is replaced with a prior art rotary polygon mirror to control the projection direction of the laser beam. There are other Japanese patent JP 2006-201350. This type of MEMS reflecting mirror has the advantages of small elements, high rotational speed, and low production cost. However, the MEMS reflection mirror starts a harmonic motion by voltage-driven input. This simple vibration has a sinusoidal relationship between time and angular velocity, and is projected on the MEMS reflecting mirror, and the relationship between the reflection angle θ after reflection and time t is:

上の数式において、ｆは、MEMS反射ミラーの走査周波数を、θ_sはレーザービームがMEMS反射ミラーを通過した後、片側最大の走査角度をそれぞれ示す。 In the above formula, f indicates the scanning frequency of the MEMS reflecting mirror, and θ _s indicates the maximum scanning angle on one side after the laser beam passes through the MEMS reflecting mirror.

よって、同じ時間間隔において、Δtの対応する反射角度の変化量が異なり、かつ累減であり、時間と正弦関数(Sinusoidal)関係を形成する。すなわち、同じ時間間隔Δtにおいて、反射角度の変化は、Δθ(t)=θ_s・(sin(2π・f・t₁)-sin(2π・f・t₂))のように時間とは非線型性関係が形成する。反射された光線がそれぞれの角度より目標物に投射されたときは、角度はそれぞれ異なるため、同じ時間間隔で発生するスポット距離が異なってくる。 Therefore, in the same time interval, the amount of change in the reflection angle corresponding to Δt is different and progressive, and forms a sinusoidal relationship with time. That is, at the same time interval Δt, the change in the reflection angle is not the same as time as Δθ (t) = θ _s · (sin (2π · f · t ₁ ) -sin (2π · f · t ₂ )). A linearity relationship is formed. When the reflected light rays are projected onto the target from the respective angles, the angles are different, so that the spot distances generated at the same time interval are different.

MEMS反射ミラーが正弦波の波峰又は波谷におけるとき、それぞれの角度変化量は時間に従い累増又は累減されることから、先行技術のポリゴンミラーの等角速度回転運動方式とは異なる。そして、先行技術のｆθレンズはMEMS反射ミラーを備えたLSUに取り付けると、MEMS反射ミラーの振動で、時間と正弦関係によって形成された角度変化量が修正できないため、結像面に投射されたレーザービームが非等速度走査現象になり、結像面の結像偏差を発生する。一方、MEMS反射ミラーから構成したLSUは、微小電子機械レーザー走査装置（MEMS LSUと略する）、その特性として、レーザー光線がMEMS反射ミラーを経て走査した後に、同じ時間間隔で異なる角度の走査光線が形成される。上記のようにMEMS LSU用のｆθレンズが走査ビーム修正に応用し、目標物上に正確に結像できるものを開発するのは急務である。 When the MEMS reflecting mirror is in a sinusoidal wave peak or wave trough, the amount of change in each angle is increased or decreased according to time, which is different from the conventional angular mirror rotational motion method of the polygon mirror. When the prior art fθ lens is attached to an LSU equipped with a MEMS reflection mirror, the angle variation formed by the sine relationship with time cannot be corrected by the vibration of the MEMS reflection mirror. The beam becomes a non-uniform scanning phenomenon, and an imaging deviation of the imaging surface is generated. On the other hand, an LSU composed of MEMS reflecting mirrors is a microelectromechanical laser scanning device (abbreviated as MEMS LSU), and as a characteristic, after scanning a laser beam through the MEMS reflecting mirror, scanning beams with different angles at the same time interval. It is formed. As described above, there is an urgent need to develop a MEMS LSU fθ lens that can be applied to scanning beam correction and can accurately form an image on a target.

主にメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー側に設ける単片式レンズからなり、MEMS反射ミラーによって反射された走査光線を目標物上に正確に結像することにより、LSUが要求する線型性走査効果の実現を図る、一種のMEMS LSUに適する単片式ｆθレンズを提供することを本考案の第一目的とする。 It consists mainly of a single-piece lens that has a concave meniscus on the side of the MEMS reflecting mirror. By accurately imaging the scanning beam reflected by the MEMS reflecting mirror on the target, the linear scanning effect required by the LSU is achieved. A first object of the present invention is to provide a single-piece fθ lens suitable for a kind of MEMS LSU that is to be realized.

目標物に投射されるスポット(Spot)の面積を縮小することにより、高解像度効果の実現を図る、一種のMEMS LSUに適する単片式ｆθレンズを提供することを本考案の第二目的とする。 A second object of the present invention is to provide a single-piece fθ lens suitable for a kind of MEMS LSU, which achieves a high resolution effect by reducing the area of a spot projected on a target. .

走査光線の光軸外れによる主走査方向と副走査方向のずれ幅が増加し、感光ドラムに結像のスポットが類楕円形に化ける問題のひずみ補正を行い、それぞれの結像スポットサイズを均一化し解像度品質(resolution quality)効果向上の実現を図る、一種のMEMS LSUに適する単片式ｆθレンズを提供することを本考案の第三目的とする。 Displacement between the main scanning direction and the sub-scanning direction due to the off-axis of the scanning beam increases, corrects the distortion of the image spot on the photosensitive drum, and makes the image spot size uniform. A third object of the present invention is to provide a single-piece fθ lens suitable for a kind of MEMS LSU, which aims to improve the resolution quality effect.

よって、本考案のMEMS LSUに適する単片式ｆθレンズは、少なくともレーザービームを出射する光源、共振により左右に振れながら光源より出射するレーザービームを走査光線に反射するMEMS反射ミラーで目標物に結像させる。レーザープリンタにとって、この目標物は通常感光ドラム(drum)であり、すなわち、結像待ちのスポットはレーザービームを出射する光源から、MEMS反射ミラーによって左右に走査し、MEMS反射ミラーがレーザービームを反射して、走査光線を形成し、この走査光線は本考案の単片式ｆθレンズによって、角度と位置を修正した上、感光ドラム上にスポット(Spot)を形成する。一方、感光ドラムの感光した潜像はトナー現像され、トナーを紙に転写して、データをプリントアウトする。 Therefore, the single-piece fθ lens suitable for the MEMS LSU of the present invention is connected to the target by at least a light source that emits a laser beam, and a MEMS reflection mirror that reflects the laser beam emitted from the light source while being swung to the left and right by resonance. Let me image. For laser printers, this target is usually a photosensitive drum, that is, the spot waiting for imaging is scanned from the light source emitting the laser beam to the left and right by the MEMS reflecting mirror, and the MEMS reflecting mirror reflects the laser beam. Then, a scanning light beam is formed, and the scanning light beam is corrected in angle and position by the single piece type fθ lens of the present invention, and then a spot is formed on the photosensitive drum. On the other hand, the latent image exposed on the photosensitive drum is developed with toner, the toner is transferred to paper, and the data is printed out.

本考案の単片式ｆθレンズは、主に第１光学面と第２光学面とを含め、単振動するMEMS反射ミラーを結像面上のスポット間隔を従来では時間の増加に従い累減または累増する非等速度走査現象を等速度走査に修正し、レーザービームを結像面への投射が等速度走査を行い、かつ走査光線を主走査方向と副走査方向が光軸の外れによる結像偏差を均一化させ、走査光線を修正して目標物に集光させる。 The single-piece fθ lens of the present invention mainly includes a first optical surface and a second optical surface, and a MEMS reflecting mirror that vibrates singly. The non-constant-speed scanning phenomenon is corrected to constant-velocity scanning, the laser beam is projected onto the imaging surface to perform constant-velocity scanning, and the scanning beam is image-forming deviation due to the deviation of the optical axis between the main scanning direction and sub-scanning direction Is made uniform and the scanning light beam is corrected and focused on the target.

本考案による単片式ｆθレンズの光路概略図である。1 is a schematic diagram of an optical path of a single-piece fθ lens according to the present invention. 本考案によるMEMS反射ミラーの走査角度θと時間ｔとの関係図である。FIG. 4 is a relationship diagram between a scanning angle θ of a MEMS reflecting mirror according to the present invention and time t. 本考案の第１レンズと第２レンズを通り抜ける走査光線の光路図と符号説明図である。It is the optical path figure and code | symbol explanatory drawing of the scanning ray which passes the 1st lens and 2nd lens of this invention. 本考案による走査光線を感光ドラム上に投射された後、スポット面積が投射位置によって変化する態様図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a state in which a spot area changes according to a projection position after a scanning beam according to the present invention is projected on a photosensitive drum. 本考案の第１実施例による光路態様図である。It is an optical path mode figure by 1st Example of this invention. 本考案の第１実施例によるスポット概略図である。1 is a schematic view of a spot according to a first embodiment of the present invention. 本考案の第２実施例による光路態様図である。It is an optical path mode figure by 2nd Example of this invention. 本考案の第２実施例によるスポット概略図である。FIG. 6 is a schematic view of a spot according to a second embodiment of the present invention. 本考案の第３実施例による光路態様図である。It is an optical path mode figure by 3rd Example of this invention. 本考案の第３実施例によるスポット概略図である。FIG. 6 is a schematic view of a spot according to a third embodiment of the present invention. 本考案の第４実施例による光路態様図である。およびIt is an optical path mode figure by 4th Example of this invention. and 本考案の第４実施例によるスポット概略図である。FIG. 7 is a schematic view of a spot according to a fourth embodiment of the present invention.

図１には、本考案によるMEMS LSUの単片式ｆθレンズの光路の概略図を示す。本考案によるMEMS LSUの単片式ｆθレンズ１３は、第１光学面と第２光学面を含め、MEMS LSUに適する。図示の通り、MEMS LSU装置は主にレーザー光源１１、MEMS反射ミラー１０、円柱レンズ１６、二つの光電センサー１４ａ、１４ｂと、感光体とする目標物とを含める。この図において、目標物は感光ドラム(drum)１５によって実施する。レーザー光源１１より発生するレーザービーム１１１は円柱レンズ１６を通り抜けた後、MEMS反射ミラー１０に投射される。MEMS反射ミラー１０は共振により左右に振れながら、レーザービーム１１１を異なる時間点に反射した走査光線１１３ａ、１１３ｂ、１１４ａ、１１４ｂ、１１５ａ、１１５ｂとなる。そのうち、走査光線１１３ａ、１１３ｂ、１１４ａ、１１４ｂ、１１５ａ、１１５ｂはＸ方向における投影が副走査方向(sub scanning direction)、Ｙ方向における投影が主走査方向(main scanning direction)と、それぞれ称する。さらに、MEMS反射ミラー１０の走査角度をθｃと称する。MEMS反射ミラー１０は単振動を行い、その運動角度は時間に対して正弦変化であり、図２に示す走査光線の出射角度と時間とは、非線型性関係である。図示された波峰ａ−ａ’と波谷ｂ−ｂ’、それぞれの振れ角はバンドａ−ｂとａ’−ｂ’に比べて小さいことは明らかである。また、この角速度の不均衡現象は走査光線が感光ドラム１５上の結像偏差の形成が原因となっている。よって、光電センサー１４ａ、１４ｂをMEMS反射ミラー１０の最大走査角度±θｃ範囲に取付け、そのはさみ角を±θｐと称する。レーザービーム１１１はMEMS反射ミラー１０によって、図２の波峰から反射され、このときは、図１の走査光線が１１５ａの位置に相当する。続いて、光電センサー１４ａが走査ビームを検出すると、MEMS反射ミラー１０は＋θｐ角度に振れていたことを表すと同時に図１の走査光線が１１４ａの位置に相当する。そして、MEMS反射ミラー１０の走査角度変化が図２のａ点のとき、走査光線が１１３ａの位置に相当する。このとき、レーザー光源１１は駆動によりレーザービーム１１１を出射する。最後に、走査ビームが図２のｂ点に来たときは、走査光線１１３ｂの位置に相当する。（±θｎ角度範囲において、レーザー光源１１よりレーザービーム１１１出射に相当する）。一方、MEMS反射ミラー１０が逆振動すると、バンドａ’−ｂ’も同じような過程を経て、レーザー光源１１が駆動されて、レーザービーム１１１を出射する。これで、一つのサイクルが完了する。 FIG. 1 shows a schematic diagram of the optical path of a MEMS LSU single-piece fθ lens according to the present invention. The MEMS LSU single piece fθ lens 13 according to the present invention is suitable for MEMS LSU including the first optical surface and the second optical surface. As shown in the figure, the MEMS LSU apparatus mainly includes a laser light source 11, a MEMS reflecting mirror 10, a cylindrical lens 16, two photoelectric sensors 14a and 14b, and a target to be a photoreceptor. In this figure, the target is implemented by a photosensitive drum 15. A laser beam 111 generated from the laser light source 11 passes through the cylindrical lens 16 and is then projected onto the MEMS reflecting mirror 10. The MEMS reflecting mirror 10 becomes scanning light beams 113a, 113b, 114a, 114b, 115a, and 115b reflecting the laser beam 111 at different time points while swinging left and right due to resonance. Among them, the scanning light beams 113a, 113b, 114a, 114b, 115a, and 115b are respectively referred to as projection in the X direction as a sub scanning direction and projection in the Y direction as a main scanning direction. Further, the scanning angle of the MEMS reflecting mirror 10 is referred to as θc. The MEMS reflection mirror 10 performs a simple vibration, and its movement angle has a sine change with respect to time, and the emission angle of scanning light and time shown in FIG. 2 are in a non-linear relationship. It is apparent that the wave angle a-a 'and wave valley b-b' shown in the figure are smaller than the bands a-b and a'-b '. The angular velocity imbalance phenomenon is caused by the formation of an imaging deviation on the photosensitive drum 15 by the scanning light beam. Therefore, the photoelectric sensors 14a and 14b are attached within the range of the maximum scanning angle ± θc of the MEMS reflecting mirror 10, and the scissor angle is referred to as ± θp. The laser beam 111 is reflected from the wave peak of FIG. 2 by the MEMS reflection mirror 10, and at this time, the scanning light beam of FIG. 1 corresponds to the position 115a. Subsequently, when the photoelectric sensor 14a detects the scanning beam, it indicates that the MEMS reflecting mirror 10 has been swung to the + θp angle, and at the same time, the scanning light beam in FIG. 1 corresponds to the position 114a. When the change in the scanning angle of the MEMS reflecting mirror 10 is point a in FIG. 2, the scanning light beam corresponds to the position 113a. At this time, the laser light source 11 emits a laser beam 111 by driving. Finally, when the scanning beam reaches the point b in FIG. 2, it corresponds to the position of the scanning light beam 113b. (In the ± θn angle range, this corresponds to emission of the laser beam 111 from the laser light source 11). On the other hand, when the MEMS reflecting mirror 10 vibrates in the reverse direction, the band a′-b ′ goes through the same process, the laser light source 11 is driven, and the laser beam 111 is emitted. This completes one cycle.

図３には、ｆθレンズを通り抜ける走査光線の光路図を示す。そのうち、±θｎは図１に示すような有効走査角度である。MEMS反射ミラー１０の回転角度が±θｎ区域に入ると、レーザー光源１１が駆動されて、走査待ちのレーザービーム１１１を出射し、MEMS反射ミラー１０によって走査光線に反射し、この走査光線はｆθレンズ１３を通り抜け、ｆθレンズ１３の第１光学面と第２光学面の折り返し反射により、MEMS反射ミラー１０による反射距離と時間が非線型性関係の走査光線を距離と時間が線型性関係に転換した走査光線になる。ｆθレンズ１３を通り抜けた後、第１光学面、第２光学面による収束効果で、走査光線を感光ドラム１５上に収束させ、この感光ドラム１５に一列のスポット(Spot) ２を形成する。感光ドラム１５上に投射するスポットの中に二つの最も遠いスポット２との間隔が有効走査ウィンドウ３という。そのうち、ｄ１は、MEMS反射ミラー１０から第１光学面までの距離を、ｄ２は、第１光学面から第２光学面までの距離を、ｄ３は、第２光学面から感光ドラム１５までの距離を、Ｒ１は、第１光学面の曲率半径(Curvature)を、Ｒ２は、第２光学面の曲率半径をそれぞれ示す。 FIG. 3 shows an optical path diagram of the scanning light beam passing through the fθ lens. Of these, ± θn is an effective scanning angle as shown in FIG. When the rotation angle of the MEMS reflection mirror 10 enters the ± θn region, the laser light source 11 is driven to emit a laser beam 111 waiting for scanning, and is reflected by the MEMS reflection mirror 10 to the scanning light beam. 13, the reflected light and the time reflected by the MEMS reflecting mirror 10 are converted into a linearity relationship between the distance and the time by the reflected reflection of the MEMS reflecting mirror 10 by the reflected reflection of the first optical surface and the second optical surface of the fθ lens 13. It becomes a scanning beam. After passing through the fθ lens 13, the scanning light beam is converged on the photosensitive drum 15 by the convergence effect of the first optical surface and the second optical surface, and a row of spots 2 is formed on the photosensitive drum 15. Among the spots projected on the photosensitive drum 15, the distance between the two farthest spots 2 is called an effective scanning window 3. D1 is the distance from the MEMS reflecting mirror 10 to the first optical surface, d2 is the distance from the first optical surface to the second optical surface, and d3 is the distance from the second optical surface to the photosensitive drum 15. , R1 represents the curvature radius (Curvature) of the first optical surface, and R2 represents the curvature radius of the second optical surface.

図４には、走査光線を感光ドラムに投射された後、スポット面積が投射位置によって変化する態様図を示す。走査光線１１３ａが光軸方向に沿って、ｆθレンズ１３を通り抜けた後、感光ドラム１５に投射されたときは、ｆθレンズ１３への入射角度がゼロであるため、主走査方向のシフト率もゼロである。よって、感光ドラム１５上に結像されるスポット２ａは類円形である。走査光線１１３ｂと１１３ｃがｆθレンズ１３を通り抜けて、感光ドラム１５に投射するときは、ｆθレンズ１３への入射面と光軸と挟んだ角度がゼロでないのに伴い、主走査方向におけるシフト率もゼロでない。よって、主走査方向における投影の長さは走査光線１１１ａが形成するスポットより大きい。このような現象では、副走査方向においても同様であり、走査光線１１１ａからはずれた走査光線より形成するスポットもより大きくなる。このため、感光ドラム１５上で結像するスポット２ｂ、２ｃは類楕円形であり、かつスポット２ｂ、２ｃの面積はスポット２ａより大きい。そのうち、Ｓａ０とＳｂ０は、MEMS反射ミラー１０の反射面上の走査光線のスポットが主走査方向（Ｙ方向）および副走査方向（Ｘ方向）の長さを、ＳａとＳｂは、感光ドラム１５上で走査光線が形成されるいずれのスポットのＹ方向とＸ方向の長さをそれぞれ示す。本考案による単片式ｆθレンズは、主走査方向におけるスポットサイズはｆθレンズ１３のひずみ補正(distortion correction)により、スポットサイズを限られた範囲に制限するほか、副走査方向によりスポットサイズをｆθレンズ１３のひずみ補正によって、スポットサイズを限られた範囲に制限し、各スポットのサイズ分布（最も大きいスポットと最も小さいスポットの比例値）を適切な範囲に制限した上、必要な解像度を提供する。 FIG. 4 shows an aspect diagram in which the spot area changes depending on the projection position after the scanning light beam is projected onto the photosensitive drum. When the scanning light beam 113a passes through the fθ lens 13 along the optical axis direction and then is projected onto the photosensitive drum 15, the incident angle to the fθ lens 13 is zero, so that the shift rate in the main scanning direction is also zero. It is. Therefore, the spot 2a imaged on the photosensitive drum 15 is circular. When the scanning light beams 113b and 113c pass through the fθ lens 13 and are projected onto the photosensitive drum 15, the shift rate in the main scanning direction is also increased because the angle between the incident surface of the fθ lens 13 and the optical axis is not zero. It is not zero. Therefore, the projection length in the main scanning direction is larger than the spot formed by the scanning light beam 111a. Such a phenomenon is the same in the sub-scanning direction, and the spot formed from the scanning light beam deviated from the scanning light beam 111a becomes larger. Therefore, the spots 2b and 2c imaged on the photosensitive drum 15 are elliptical, and the areas of the spots 2b and 2c are larger than the spot 2a. Of these, Sa0 and Sb0 are the lengths of the scanning beam spot on the reflecting surface of the MEMS reflecting mirror 10 in the main scanning direction (Y direction) and the sub-scanning direction (X direction), and Sa and Sb are on the photosensitive drum 15. The lengths in the Y direction and X direction of any spot on which the scanning light beam is formed are shown respectively. In the single piece type fθ lens according to the present invention, the spot size in the main scanning direction is limited to a limited range by the distortion correction of the fθ lens 13, and the spot size is changed to the fθ lens in the sub scanning direction. With 13 distortion corrections, the spot size is limited to a limited range, the size distribution of each spot (proportional value of the largest spot and the smallest spot) is limited to an appropriate range, and the necessary resolution is provided.

上記した効果を達成するため、本考案による単片式ｆθレンズの第１光学面または第２光学面は、球面あるいは非球面に設計することができる。なお、非球面設計のとき、以下の数式による。 In order to achieve the effect described above, the first optical surface or the second optical surface of the single-piece fθ lens according to the present invention can be designed to be spherical or aspheric. In the case of an aspherical design, the following formula is used.

式中で、Ｚは、レンズ上いずれの点が光軸方向から原点の切平面までの距離(SAG)を、Ｃ_ｘとＣ_ｙは、それぞれＸ方向及びＹ方向の曲率(curvature)を、Ｋ_ｘとＫ_ｙは、それぞれＸ方向及びＹ方向の円錐係数(Conic coefficient)を、Ａ_Ｒ、Ｂ_Ｒ、Ｃ_ＲとＤ_Ｒは、それぞれ回転対称部(rotationally symmetric portion)の４、６、８と１０冪乗の円錐変形係数(deformation from the conic)を、Ａ_Ｐ、Ｂ_Ｐ、Ｃ_Ｐ、とＤ_Ｐは、それぞれ非回転対称部(non-rotationally symmetric components)の４、６、８と１０冪乗の円錐変形係数(deformation from the conic)をそれぞれ示す。Ｃ_ｘ＝Ｃ_ｙ、Ｋ_ｘ＝Ｋ_ｙかつＡ_Ｐ＝Ｂ_Ｐ＝Ｃ_Ｐ＝Ｄ_Ｐ＝０のときは、単一の非球面体に簡略化する。 In the formula, Z is the distance of any on the lens point from the optical axis direction until switching plane origin (SAG), C _x and C _y are X and Y directions of curvature, respectively (curvature), K _x and K _y are the conic coefficients in the X and Y directions, respectively, and A _R , B _R , C _R and D _R are 4, 6 and 8 of the rotationally symmetric portion, respectively. Deformation from the conic to the 10th power, A _P , B _P , C _P , and D _P are 4, 6, 8 and 10 の, respectively, of non-rotationally symmetric components. The deformation from the conic is shown respectively. When C _x = C _y , K _x = K _y and A _P = B _P = C _P = D _P = 0, it is simplified to a single aspherical body.

式中で、Ｚは、レンズ上いずれの点が光軸方向から原点切平面までの距離(SAG)を、Ｃ_ｙとＣ_ｘとは、それぞれＹ方向とＸ方向の曲率(curvature)を、Ｋ_ｙは、Ｙ方向の円錐係数(Conic coefficient)を、Ｂ_４、Ｂ_６、Ｂ_８、とＢ_１０は４、６、８と１０冪乗係数(4th~10th order coefficients)の円錐変形係数(deformation from the conic)をそれぞれ示す。Ｃ_ｘ＝Ｃ_ｙかつＫ_ｙ＝Ａ_Ｐ＝Ｂ_Ｐ＝Ｃ_Ｐ＝Ｄ_Ｐ＝０のときは、単一の球面体に簡略化する。 In the formula, Z is the distance of any on the lens point from the optical axis to the origin switching plane (SAG), and the C _y and C _x, respectively Y and X directions of the curvature (curvature), K _y is the conic coefficient in the Y direction, B ₄ , B ₆ , B ₈ , and B ₁₀ are the conical deformation coefficients (4th to 10th order coefficients). from the conic). When C _x = C _y and K _y = A _P = B _P = C _P = D _P = 0, it is simplified to a single spherical body.

走査光線を目標物上の結像の走査速度を等速度に維持し、２つの同じ時間間隔において、２つのスポットの距離を同じに維持することが考えられる。本考案による単片式ｆθレンズは走査光線１１３ａから走査光線１１３ｂまでの間に、走査光線の出射角度の修正を行い、同じ時間間隔を持つ２つの走査光線は出射角度の修正により、結像の感光ドラム１５上に形成される２つのスポット距離を同じにする。本考案による単片式ｆθレンズは、MEMS反射ミラー１０によって反射された走査光線１１３ａから走査光線１１３ｂまでの間において、感光ドラム１５上に集光させ、結像する作業を行うことによって、より小さいスポットを形成することができる。本考案による単片式ｆθレンズはさらに、感光ドラム１５上に結像するスポットサイズを均一化（ただし、解像度の要求に相応しい範囲に限る）することにより、最適な解像度効果が得られる。 It is conceivable to keep the scanning beam at the same imaging scan speed on the target and to keep the distance of the two spots the same in two identical time intervals. The single-piece fθ lens according to the present invention corrects the emission angle of the scanning light beam between the scanning light beam 113a and the scanning light beam 113b, and two scanning light beams having the same time interval can be imaged by correcting the emission angle. Two spot distances formed on the photosensitive drum 15 are made the same. The single-piece fθ lens according to the present invention is smaller by focusing light on the photosensitive drum 15 and forming an image between the scanning light beam 113a reflected by the MEMS reflecting mirror 10 and the scanning light beam 113b. Spots can be formed. The single-piece fθ lens according to the present invention can obtain an optimum resolution effect by making the spot size formed on the photosensitive drum 15 uniform (but limited to a range suitable for the resolution requirement).

本考案による単片式ｆθレンズは、メニスカスの凹面をMEMS反射ミラー側に設けて構成し、第１光学面と第２光学面を備える。前記MEMS反射ミラー１０の反射角度と時間が非線型性関係の走査光線のスポットを距離と時間が線型性関係を有する走査光線のスポットに置き換えた上、走査光線を修正し、目標物に集光するように設計される。この単片式ｆθレンズ１３によってMEMS反射ミラー１０に反射した走査光線を感光ドラム１５上に結像させる。そのうち、第１光学面と第２光学面は主走査方向において、少なくとも一つの非球面体で構成する光学面を有し、第１光学面と第２光学面は副走査方向において、少なくとも一つの非球面体で構成する光学面を有する。さらに、単片式ｆθレンズ１３の構成について、光学効果上、本考案による単片式ｆθレンズでは主走査方向において、さらに４の数式の条件を満足する。 A single-piece fθ lens according to the present invention is configured by providing a concave surface of a meniscus on the MEMS reflecting mirror side, and includes a first optical surface and a second optical surface. The spot of the scanning beam having a non-linear relationship between the reflection angle and the time of the MEMS reflecting mirror 10 is replaced with a spot of the scanning beam having a linear relationship between the distance and the time, and the scanning beam is corrected and focused on the target. Designed to do. The scanning light beam reflected by the MEMS reflecting mirror 10 by the single piece type fθ lens 13 is imaged on the photosensitive drum 15. Among them, the first optical surface and the second optical surface have at least one aspherical surface in the main scanning direction, and the first optical surface and the second optical surface have at least one in the sub-scanning direction. It has an optical surface composed of an aspherical body. Further, regarding the configuration of the single piece type fθ lens 13, due to optical effects, the single piece type fθ lens according to the present invention further satisfies the condition of the mathematical formula 4 in the main scanning direction.

もしくは、主走査方向において、５の数式を満足する。 Alternatively, the mathematical formula 5 is satisfied in the main scanning direction.

かつ、副走査方向において、６の数式を満足する。 In addition, the mathematical formula 6 is satisfied in the sub-scanning direction.

式中で、ｆ_Yは、ｆθレンズ１３が主走査方向における焦点距離を、ｄ３は、θ＝０°にｆθレンズ１３目標物側の光学面から目標物までの距離を、ｆｓは、単片式ｆθレンズ１３の焦点距離を、Ｒ_ｉｘは、第ｉ光学面がＸ方向の曲率半径を、ｎ_ｄは、ｆθレンズ１３の屈折率(refraction index)をそれぞれ示す。 In the equation, f _Y is the focal length of the fθ lens 13 in the main scanning direction, d3 is the distance from the optical surface on the target side of the fθ lens 13 to θ = 0 °, and fs is a single piece. the focal length of formula fθ lens 13, R _ix is the radius of curvature of the i-optical surface X-direction, n _d represents the refractive index of the fθ lens 13 (refraction index), respectively.

なお、本考案による単片式ｆθレンズが形成するスポットが均一されている。その最大スポットと最小スポットの比例値はδで７の数式が示す通りの条件を満足している。 The spots formed by the single-piece fθ lens according to the present invention are uniform. The proportional value of the maximum spot and the minimum spot satisfies the condition as indicated by the formula 7 in δ.

さらに、本考案による単片式ｆθレンズの解像度は、η_ｍａｘは、MEMS反射ミラー１０の反射面上の走査光線のスポットを感光ドラム１５上に走査されたスポットの最大比例値(Ratio of scanning light of maximum Spot)を、η_ｍｉｎは、MEMS反射ミラー１０の反射面上の走査光線のスポットを目標物上に走査されたスポットの最小比例値(Ratio of scanning light of minimum Spot)をそれぞれ表すことにより、９の数式と１０の数式の条件を満足できる。 Further, the resolution of the single-piece fθ lens according to the present invention is η _max is the maximum proportional value of the spot scanned on the photosensitive drum 15 by the scanning light spot on the reflecting surface of the MEMS reflecting mirror 10 (Ratio of scanning light η _min represents the ratio of the scanning light of the spot on the reflecting surface of the MEMS reflecting mirror 10 (Ratio of scanning light of minimum Spot). , 9 and 10 can be satisfied.

式中で、Ｓ_ａとＳ_ｂは、感光ドラム上の走査光線より形成するいずれのスポットが主走査方向と副走査方向の長さを、δは、感光ドラム１５上最小スポットと最大スポットの比例値を、Ｓ_ａ０とＳ_ｂ０は、MEMS反射ミラー１０の反射面上の走査光線のスポットが主走査方向と副走査方向の長さをそれぞれ示す。 In the equation, S _a and S _b are the lengths of any spot formed from the scanning light beam on the photosensitive drum in the main scanning direction and the sub-scanning direction, and δ is the proportionality between the minimum spot and the maximum spot on the photosensitive drum 15. The values S _a0 and S _b0 indicate the lengths of the scanning light spot on the reflecting surface of the MEMS reflecting mirror 10 in the main scanning direction and the sub-scanning direction, respectively.

本考案による構造と技術特徴をより確実にするため、好ましい実施例を以下の図式と合わせて詳細説明する。 In order to ensure the structure and technical features of the present invention, a preferred embodiment will be described in detail with reference to the following diagrams.

以下に開示される実施例は、本考案によるMEMS LSUの単片式ｆθレンズの主要構成素子の説明を目的とする。本考案以下に開示される実施例は通常のMEMS LSUにも応用できるが、一般のMEMS LSUにおいて、本考案で開示される単片式ｆθレンズ以外の構造は先行技術であるため、この技術分野における通常の知識を有する者は、本考案によるMEMS LSUに適する単片式ｆθレンズの構成素子は、以下に開示される実施例の構造に限られないことを理解できる。つまり、このMEMS LSUの単片式ｆθレンズの各構成素子は様々な改変、修正、ないし等効果変化することができる。一例として、曲率半径又は面形の設計、部材選択、間隔調整などは制限されないものとする。 The embodiments disclosed below are intended to illustrate the main components of a MEMS LSU single piece fθ lens according to the present invention. The embodiments disclosed below can also be applied to ordinary MEMS LSUs. However, in general MEMS LSUs, structures other than the single-piece fθ lens disclosed in the present invention are prior art, and thus this technical field Those skilled in the art can understand that the constituent elements of the single-piece fθ lens suitable for the MEMS LSU according to the present invention are not limited to the structures of the embodiments disclosed below. In other words, each component of the MEMS LSU single-piece fθ lens can be variously modified, modified, or changed in effect. As an example, the curvature radius or surface shape design, member selection, spacing adjustment, etc. are not limited.

第１実施例
本実施例において、MEMS LSUの単片式ｆθレンズ１３はメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー側に設けられたレンズで構成する。第１光学面が非球面体とし、３の数式の非球面体公式に従い設計する。第２光学面が非球面体とし、２の数式の非球面体公式に従い設計する。その光学特性と非球面体のパラメータを、表１と表２に示すとおりである。 First Embodiment In this embodiment, the MEMS LSU single-piece fθ lens 13 is constituted by a lens having a concave surface of a meniscus provided on the MEMS reflecting mirror side. The first optical surface is assumed to be an aspherical body, and designed according to the aspherical body formula of Equation 3. The second optical surface is assumed to be an aspherical body, and designed according to the aspherical body formula of Formula 2. The optical characteristics and parameters of the aspherical body are as shown in Tables 1 and 2.

これによる構成した単片式ｆθレンズ１３の光学面と光路図は、図５に示す。fX＝34.432、fY＝431.228のときには走査光線を距離と時間が線型性関係を持つ走査光線のスポットに置き換えた上、MEMS反射ミラー１０上のスポットSa0＝ 13.616、Sb0＝ 3747.202にすることによって、走査光線に走査して、感光ドラム１５上に収束して、小さいスポットに形成する、それに、表３に示す４〜１０の数式の条件を満足する。スポットサイズは中心軸５から走査ウィンドウ３の右側までの分布は、図６に示すスポット６ａ（中心軸）、６ｂ〜６ｊ（走査ウィンドウ３最右側）であり、走査ウィンドウ３の左側と右側がお互いに釣り合い、かつ同じである。 FIG. 5 shows an optical surface and an optical path diagram of the single-piece fθ lens 13 configured as described above. When fX = 34.432 and fY = 431.228, the scanning beam is replaced with a scanning beam spot having a linear relationship between distance and time, and then scanning is performed by setting the spot Sa0 = 13.616 and Sb0 = 3747.202 on the MEMS reflecting mirror 10. Scanning with a light beam converges on the photosensitive drum 15 to form a small spot, and satisfies the conditions of mathematical expressions 4 to 10 shown in Table 3. The spot size distribution from the central axis 5 to the right side of the scanning window 3 is spots 6a (central axis) and 6b to 6j (the rightmost side of the scanning window 3) shown in FIG. And the same.

第２実施例
本実施例において、単片式ｆθレンズ１３はメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー側に設けられたレンズから構成する。第１光学面が非球面体とし、３の数式の非球面体公式に従い設計する。第２光学面が非球面体とし、２の数式の非球面体公式に従い設計する。その光学特性と非球面体のパラメータを、表４と表５に示す。 Second Embodiment In this embodiment, the single piece type fθ lens 13 is constituted by a lens in which the concave surface of the meniscus is provided on the MEMS reflecting mirror side. The first optical surface is assumed to be an aspherical body, and designed according to the aspherical body formula of Equation 3. The second optical surface is assumed to be an aspherical body, and designed according to the aspherical body formula of Formula 2. Tables 4 and 5 show the optical characteristics and aspherical parameters.

これによる構成した単片式ｆθレンズ１３の光学面の光路図は、図７に示す。fX＝ 34.406、fY＝ 413.661のときには走査光線を距離と時間が線型性関係の走査光線スポットに置き換えた上、MEMS反射ミラー１０上のスポットSa0＝ 13.64、Sb0＝ 3720.126にすることによって、走査光線に走査して、感光ドラム１５上に収束して、小さいスポットに形成する。表６に示す４〜１０の数式の条件を満足する。スポットサイズは中心軸７から走査ウィンドウ３の右側の分布は、図８に示すスポット８ａ（中心軸）、８ｂ〜８ｊ（走査ウィンドウ３最右側）であり、走査ウィンドウ３の左側と右側がお互いに釣り合い、かつ同じである。 FIG. 7 shows an optical path diagram of the optical surface of the single piece type fθ lens 13 configured as described above. When fX = 34.406 and fY = 413.661, the scanning beam is replaced with a scanning beam spot having a linear relationship between distance and time, and the spots Sa0 = 13.64 and Sb0 = 3720.126 on the MEMS reflecting mirror 10 are changed into scanning beams. It scans and converges on the photosensitive drum 15 to form a small spot. The conditions of mathematical expressions 4 to 10 shown in Table 6 are satisfied. The spot size from the central axis 7 to the right side of the scanning window 3 is the spots 8a (central axis) and 8b to 8j (the rightmost side of the scanning window 3) shown in FIG. Balanced and the same.

第３実施例
本実施例において、単片式ｆθレンズ１３はメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー側に設けられたレンズから構成する。第１光学面が非球面体とし、３の数式の非球面体公式に従い設計する。第２光学面が非球面体とし、２の数式の非球面体公式に従い設計する。その光学特性と非球面体のパラメータを、表７と表８に示すとおりである。 Third Embodiment In this embodiment, the single piece type fθ lens 13 is constituted by a lens having the concave surface of the meniscus provided on the MEMS reflecting mirror side. The first optical surface is assumed to be an aspherical body, and designed according to the aspherical body formula of Equation 3. The second optical surface is assumed to be an aspherical body, and designed according to the aspherical body formula of Formula 2. Tables 7 and 8 show the optical characteristics and parameters of the aspherical body.

これによる構成した単片式ｆθレンズ１３の光学面の光路図は、図９に示す。f(1)Y＝ 4831.254、f(2)Y＝ -559.613のときには走査光線を距離と時間が線型性関係の走査光線スポットに置き換えた上、MEMS反射ミラー１０上のスポットSa0＝ 14.488、Sb0＝ 2800.64にすることによって、走査光線をに走査して、感光ドラム１５上に収束して、小さいスポットに形成する。表９に示す４〜１０の数式の条件を満足する。スポットサイズは中心軸９から走査ウィンドウ３の右側の分布は、図１０に示すスポット１０ａ（中心軸）、１０ｂ〜１０ｊ（走査ウィンドウ３最右側）であり、走査ウィンドウ３の左側と右側がお互いに釣り合い、かつ同じである。 FIG. 9 shows an optical path diagram of the optical surface of the single piece type fθ lens 13 configured as described above. When f (1) Y = 4831.254 and f (2) Y = −559.613, the scanning light beam is replaced with a scanning light beam spot having a linear relationship between distance and time, and a spot Sa0 = 14.488 on the MEMS reflecting mirror 10 and Sb0 = By using 2800.64, the scanning beam is scanned to converge on the photosensitive drum 15 to form a small spot. The conditions of mathematical expressions 4 to 10 shown in Table 9 are satisfied. The spot size is distributed from the central axis 9 to the right side of the scanning window 3 as spots 10a (central axis) and 10b to 10j (rightmost side of the scanning window 3) shown in FIG. Balanced and the same.

第４実施例
本実施例において、単片式ｆθレンズ１３はメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー側に設けられたレンズから構成する。第１光学面が非球面体とし、３の数式の非球面体公式に従い設計する。第２光学面が非球面体とし、２の数式の非球面体公式に従い設計する。その光学特性と非球面体のパラメータを、表１０と表１１に示す。 Fourth Embodiment In this embodiment, the single piece type fθ lens 13 is constituted by a lens having the concave surface of the meniscus provided on the MEMS reflecting mirror side. The first optical surface is assumed to be an aspherical body, and designed according to the aspherical body formula of Equation 3. The second optical surface is assumed to be an aspherical body, and designed according to the aspherical body formula of Formula 2. Tables 10 and 11 show the optical characteristics and aspherical parameters.

これによる構成した単片式ｆθレンズ１３の光学面の光路図は、図１１に示す。fX＝ 33.431、fY＝938.65のときには走査光線を距離と時間が線型性関係の走査光線スポットに置き換えた上、MEMS反射ミラー１０上のスポットSa0＝ 11.288、Sb0＝ 3517.812にすることによって走査光線に走査して、感光ドラム１５上に収束して、小さいスポットに形成する、表１２に示す４〜１０の数式の条件を満足する。スポットサイズは中心軸１１から走査ウィンドウ３の右側の分布は、図１２に示すスポット１２ａ（中心軸）、１２ｂ〜１２ｊ（走査ウィンドウ３最右側）であり、走査ウィンドウ３の左側と右側がお互いに釣り合い、かつ同じである。 An optical path diagram of the optical surface of the single-piece fθ lens 13 configured as described above is shown in FIG. When fX = 33.431 and fY = 938.65, the scanning light beam is replaced with a scanning light beam spot having a linear relationship between distance and time, and then the scanning light beam is scanned by setting the spot Sa0 = 11.288 and Sb0 = 3517.812 on the MEMS reflecting mirror 10. Then, the light beam converges on the photosensitive drum 15 to form a small spot, and satisfies the conditions of mathematical expressions 4 to 10 shown in Table 12. The spot size is distributed from the central axis 11 to the right side of the scanning window 3 as spots 12a (central axis) and 12b to 12j (the rightmost side of the scanning window 3) shown in FIG. Balanced and the same.

上記の実施例の説明から、本考案は少なくとも以下の効果を実現できる。
（イ）本考案による単片式ｆθレンズを設けることにより、単振動運動のMEMS反射ミラーの結像面上のスポットの間隔を元の時間による累増又は累減する非等速度走査現象を等速度走査に修正し、レーザービームを結像面に投射し等速度走査を行うことによって、目標物上での結像が形成される二つのスポットとの間隔を一致させることができる。
（ロ）本考案による単片式ｆθレンズの設置は、主走査方向と副走査方向の走査光線のひずみ補正処理により、目標物上に結像されるスポットを小さくすることができる。
（ハ）本考案による単片式ｆθレンズの設置は、主走査方向と副走査方向の走査光線のひずみ補正処理により、目標物に結像されるスポットサイズを均一化させることができる。
以上は本考案の好ましい実施例の説明である。これらは本考案を説明するものであり、なんらの制限を加わるものではない。当該技術を熟知する者は、本考案の請求範囲による改変、修正、ないし等効果変化することができるものが、本考案の請求範囲に含まれるものとする。 From the description of the above embodiments, the present invention can realize at least the following effects.
(B) By providing a single piece type fθ lens according to the present invention, the non-constant speed scanning phenomenon in which the interval between spots on the imaging surface of a MEMS reflecting mirror with a single oscillation motion is increased or decreased with the original time is made constant. By correcting the scanning, projecting the laser beam onto the imaging surface and performing constant velocity scanning, the distance between the two spots on which the image is formed on the target can be matched.
(B) The installation of the single piece type fθ lens according to the present invention can reduce the spot imaged on the target by the distortion correction process of the scanning light beam in the main scanning direction and the sub-scanning direction.
(C) The installation of the single-piece fθ lens according to the present invention can make the spot size formed on the target uniform by the distortion correction processing of the scanning light beam in the main scanning direction and the sub-scanning direction.
The above is a description of the preferred embodiment of the present invention. These illustrate the invention and do not impose any restrictions. Those skilled in the art can change, modify, or change the effect according to the claims of the present invention, and the claims of the present invention shall be included.

１０ MEMS反射ミラー
１１レーザー光源
１１１レーザービーム
１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、１１４ａ、１１４ｂ、１１５ａ、１１５ｂ走査光線
１３ｆθレンズ
１４ａ、１４ｂ光電センサー
１５感光ドラム
１６円筒レンズ
２、２ａ、２ｂ、２ｃスポット
３有効走査ウィンドウ
５、７、９、１１中心軸
６、８、１０、１２０．１ｍｍの幾何学的スポット
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ、６ｇ、６ｈスポット
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ、８ｇ、８ｈ、８ｉ、８ｊスポット
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ、１０ｉ、１０ｊスポット、および
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ、１２ｊスポット 10 MEMS reflection mirror 11 Laser light source 111 Laser beam 113a, 113b, 113c, 114a, 114b, 115a, 115b Scanning beam 13 fθ lens 14a, 14b Photoelectric sensor 15 Photosensitive drum 16 Cylindrical lens 2, 2a, 2b, 2c Spot 3 Effective scanning Window 5, 7, 9, 11 Center axis 6, 8, 10, 12 0.1 mm geometric spot 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g, 6h Spot 8a, 8b, 8c, 8d, 8e 8f, 8g, 8h, 8i, 8j spots 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h, 10i, 10j spots, and 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f, 12g, 12h, 12i , 12j spots

Claims

微小電子機械システム・レーザー走査装置（以下、「MEMS LSU」と略する）に適する単片式ｆθレンズにおいて、
少なくともビームを出射する光源と、共振により左右に振れながら光源より出射するビームを走査光線に反射する微小電子機械システム反射ミラー（以下、「MEMS反射ミラー」と略する）と、感光される目標物を備えた前記MEMS LSUと、
メニスカスの凹面を前記MEMS反射ミラー側に設け、第１光学面と第２光学面を備え、前記MEMS反射ミラーの反射角度と時間が非線型性関係の走査光線スポットを距離と時間が線型性関係を有する走査光線スポットに置き換えた上前記目標物に集光することを構成した前記単片式ｆθレンズ、
前記MEMS反射ミラーによって、反射された走査光線を前記目標物上に結像することを特徴するMEMS LSUに適する単片式ｆθレンズ。 In a single piece type fθ lens suitable for a micro electro mechanical system / laser scanning device (hereinafter abbreviated as “MEMS LSU”),
A light source that emits at least a beam, a microelectromechanical system reflection mirror (hereinafter abbreviated as “MEMS reflection mirror”) that reflects the beam emitted from the light source while being swung left and right due to resonance, and a target to be exposed The MEMS LSU comprising:
A concave surface of a meniscus is provided on the MEMS reflection mirror side, and includes a first optical surface and a second optical surface, and the reflection angle of the MEMS reflection mirror and the scanning beam spot in which the time is non-linear, the distance and time are in the linear relationship The single-piece fθ lens configured to be focused on the target object in place of a scanning beam spot having
A single-piece fθ lens suitable for MEMS LSU, characterized in that the reflected scanning beam is imaged on the target by the MEMS reflecting mirror.

前記単片式ｆθレンズの主走査方向は、下記の数式を満足することを特徴とする請求項１に記載の単片式ｆθレンズ。

（式中で、f_Yは、前記単片式ｆθレンズの主走査方向の焦点距離を、d₃は、θ=0°レンズの目標物側光学面から前記目標物までの距離をそれぞれ示す。） The single-piece fθ lens according to claim 1, wherein a main scanning direction of the single-piece fθ lens satisfies the following formula.

(Where f _Y is the focal length of the single-piece fθ lens in the main scanning direction, and d ₃ is the distance from the target-side optical surface of the θ = 0 ° lens to the target. )

前記単片式ｆθレンズの主走査方向および副走査方向は、下記の数式をそれぞれ満足することを特徴とする請求項１に記載の単片式ｆθレンズ。
主走査方向において、

副走査方向において、

（式中で、f_Yは、前記単片式ｆθレンズの主走査方向の焦点距離を、f_Sは、前記単片式ｆθレンズの焦点距離を、R_ix は、第i光学面がＸ方向での曲率半径を、n_dは、前記単片式ｆθレンズの屈折率をそれぞれ示す。） 2. The single-piece fθ lens according to claim 1, wherein a main scanning direction and a sub-scanning direction of the single-piece fθ lens satisfy the following mathematical expressions, respectively.
In the main scanning direction,

In the sub-scanning direction,

(Where f _Y is the focal length of the single-piece fθ lens in the main scanning direction, f _S is the focal length of the single-piece fθ lens, and R _ix is the i-th optical surface in the X direction) the radius of curvature at the, n _d represents the refractive index of the single piece type fθ lens, respectively.)

前記単片式ｆθレンズの最大スポットと最小スポットとの比例値は、下記の数式を満足することを特徴とする請求項１に記載の単片式ｆθレンズ。

（式中で、S_a とS_bbは、感光ドラム上の走査光線より形成するいずれのスポットが主走査方向と副走査方向の長さを、δは、前記感光ドラム上の最小スポットと最大スポットとの比例値をそれぞれ示す。） 2. The single-piece fθ lens according to claim 1, wherein a proportional value between the maximum spot and the minimum spot of the single-piece fθ lens satisfies the following mathematical formula.

(In the formula, S _a and S _bb are the lengths in the main scanning direction and the sub-scanning direction of any spot formed from the scanning light beam on the photosensitive drum, and δ is the minimum spot and the maximum spot on the photosensitive drum. The proportional values are shown respectively.)

前記目標物上の最大スポットの比例値と、前記目標物上の最小スポットの比例値は、下記の式をそれぞれ満足することを特徴とする請求項１に記載の単片式ｆθレンズ。

（式中で、S_a0とS_b0は、MEMS反射ミラーの反射面上の走査光線のスポットが主走査方向と副走査方向の長さを、S_aとS_bは、感光ドラム上の走査光線より形成するいずれのスポットが主走査方向と副走査方向の長さを、η_maxは、前記MEMS反射ミラーの反射面上の走査光線のスポットが前記目標物上に走査された最大スポットの比例値を、η_minは、前記MEMS反射ミラーの反射面上の走査光線のスポットが前記目標物上に走査された最小スポットの比例値をそれぞれ示す。） 2. The single-piece fθ lens according to claim 1, wherein a proportional value of a maximum spot on the target and a proportional value of a minimum spot on the target satisfy the following expressions, respectively.

(In the equation, S _a0 and S _b0 are the lengths of the scanning light beam on the reflecting surface of the MEMS reflecting mirror in the main scanning direction and the sub-scanning direction, and S _a and S _b are the scanning light beams on the photosensitive drum. Any of the spots formed in the main scanning direction and the length in the sub-scanning direction, and η _max is a proportional value of the maximum spot scanned by the scanning light spot on the reflecting surface of the MEMS reflecting mirror on the target. Η _min represents the proportional value of the minimum spot obtained by scanning the spot of the scanning beam on the reflecting surface of the MEMS reflecting mirror on the target.