TW201015113A - Two optical elements fθ lens of MEMS laser scanning unit 9 - Google Patents

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201015113 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種微機電雷射掃描裝置之二片式扭鏡片，特別 指一種用以修正呈簡諧性運動之微機電反射鏡而產生隨時間成正弦 關係之角度變化量’以達成雷射掃瞄裝置所要求之線性掃描效果之 二片式扭鏡片。 ❹ 【先前技術】 目則雷射光束印表機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(p0lyg0n mirror)以操控雷射光束之掃描動作(iaser beam咖而㈣)，如美國專利 US7079m、US6377293 'US6295116，或如台灣專利 H98966 所述。 其原理如下簡述：棚—半導體雷射發出雷射光束(丨雛beam)，先 經由準直鏡(collimator)，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(cylindricallens)後，能在副掃瞄方向㈣ ❹scannmg Erection)之Y軸上之寬度能沿著主擇描方^(main scanning direction)之X轴之平行方向平行聚焦而形成一線狀成像㈣ image) ’再投射至一南速旋轉之多面鏡上，而多面鏡上均勾連續設置 有多面反射鏡’其恰位於或接近於上述線狀成像_ image)之焦點位 置藉由夕面鏡控制雷射光束之投射方向，當連續之複數反射鏡在 高速旋轉時可將射至-反射鏡上之雷射光束延著主掃描方向(χ轴） 之平行方向明-轉角速度(angularvd〇city)偏斜反射至一扭線性掃 描^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(single-element scanning lens)或為二件式鏡片結構。此扭線性 201015113 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(ph〇t〇recept〇r drum ’即成像面)上’並達成線性掃描(scanning ijnear^y)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。 (2) 、多面鏡須具高速旋轉(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 ©均需增設一柱面鏡(cylindrical lens)以使雷射光束經過柱面鏡能聚焦 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。 (3) 、習用多面鏡須高速旋轉(如40000轉/分），致旋轉噪音相對 提高，且多面鏡從啟動至工作轉速須耗費較長時間，增加開機後之 等待時間。 (4) 、習用LSU之組裝結構中，投射至多面鏡反射鏡之雷射光束 中心軸並非正對多面鏡之中心轉軸，以致在設計相配合之扭鏡片 © 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。 曰 近年以來，為了改善習用LSU組裝結構之問題，目前市面上開 發出一種擺動式(oscillatory)的微機電反射鏡(MEMS mirror)，用以取 代習用之多面鏡來操控雷射光束掃描。微機電反射鏡為轉矩振靈器 (torsion oscillators) ’其表層上附有反光層，可藉由振盪擺動反光 層’將光線反射而掃描，未來將可應用於影像系統（imaging system }、 掃描器(scanner)或雷射印表機(laser printer)之雷射掃描裝置(丨aser 201015113 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历鏡片之 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；或如日本專利JP 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1的關係為： G{t) = Qs · sin(2^ · / · 〇 .、 （1) 其中：f為微機電反射鏡的掃描頻率；為雷射光束經微機電反 射鏡後，單邊最大的掃描角度。 因此’在相同的時間間隔下△,，所對應的反射角度係與時間成 正弦函數(Sinusoidal)變化’即在相同時間間隔△，時 醫為：續㈣— 町月度雙化 ’而與時間呈非線性關係，亦即 當此反射的光線以不同角度投射在目標物時於相同時間間隔内所產 生的光點距離間隔並不相同而可能隨時間遞增或遞減。 舉例而言，當微機電反射鏡之擺動角度位於正弦波之波峰及波 ====將隨時間遞增或遞減，與習知之多面鏡成等角速 同’若使用習知之ω鏡片於具有微機電反射鏡 之雷胁瞄裝置(LSU)上，將無法修正微機電反 化量，造成獅在雜社之騎光速將產生料速持描現象而 ❹ 鲁 201015113 ίίίίίΐ面土之成像偏差。因此’對於微機電反射鏡所構成的 鏡掃描後’形成等時間間隔不等角二 ίΐί ϋίί: 機電雷射婦描裝置的扭鏡片以修正掃 用田多項气曲©Γ Γ 1正確成像，如美國專利us7，184187揭露使 ^夕貝式曲面(p〇lynomial surface)在主掃描方向進行角度 由於雷射光束截面並非理想的極小圓# 彡 ，一 僅由主掃财峰正，尚嶋=====掃 描方向能同時修正掃描光線的扭鏡片，則為迫切所需。田、田 【發明内容】 片，trtr/rf供—種微機電雷射掃描農置之二片式扭鏡 \反射鏡依序起算’係由第一鏡片為雙 兄斤構成第一鏡片為雙凸型之鏡 反射鏡所反射之掃描光線於目標物上 =了將微機電 置所要求之祕掃減果。上正確成像’而達成雷射掃目苗裝 本發明之另-目的在於提供—種微機電雷射掃描裝置之 之面積 ’而達成提高 本發明之再-目的在於提供_種微機 扭鏡片，可輸正_礙輯 問題，並使每-成像先^大成^^ttr成麵圓形之 (resolution_ity)之功效。 _勻化’而達成提升解像品質 因此，本發日月微機電雷射掃描裝置之二片式历鏡片， 適用於至 201015113 少包含一將發射雷射光束之光源以共振左右擺動將光源發射之雷射 光束反射成為掃描光線之微機電反射鏡，以在目標物上成像；對於 雷射印表機而言，此目標物常减光鼓(drum)，即，待成像之光點經 由光源發出雷射光束，經由微機電反射鏡左右掃描，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二片式伤鏡片 修正角度與位置後，於感光鼓上形成光點(_)，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。 本發明之二片式历鏡片包含由微機電反射鏡依序起算之一第一 鏡片，-第二鏡片，其中第—鏡片具有—第—光學面及—第二光學 =第光予面與第二光學面，在主掃描方向至少有一個光學面為 非球面所構成’係主要將呈_運動之微魏反射鏡，在成像面上 隨::增加而遞減或遞增的非等速率掃描現象，修 雷射光束於成像面之投射作等速率掃描。第二 第二先學面及—第四光學面’第三光學面與第四光學 ❹ 勻化掃i::二 =有一個光學面為非球面所構成，主要用以均 勾化柃目w先胁峰财向及副翻方 鼓上形成繼 實施方式】 請參照圖卜為本發明微機電雷射掃 ，路徑之示意圖。本發明微機電雷_ “ 含-具有—第—光學面13 ^^置之-片式ίθ鏡片包 •鏡片131 與一具有一第三光學面132a及一坌 係適用於微機電雷射掃瞄裝置。圖、132b之第二鏡片I32， r，娬機電雷射掃描裝置主要包 輿一且右一楚二止盥—卑〜先學面131b之第一 201015113 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(dmm) 15來實施。雷射光源11所產生之光束111通過柱面鏡16後，投射 到微機電反射鏡10上。而微機電反射鏡10以共振左右擺動之方式， 將光束 111 反射成掃瞄光線 U3a、113b、114a、114b、115a、115b。 其中掃瞄光線113a、113b、114a、114b、115a、115b在X方向之投 影稱之為副掃描方向(sub scanning direction)，在Y方向之投影稱之為 主掃描方向(main scanning direction)，而微機電反射鏡1〇掃描角度為 ❹ 0C。 請參照圖1及圖2,其中圖2為一微機電反射鏡掃描角度9與明 間t之關係圖。由於微機電反射鏡1〇呈一簡諧運動，其運動角度拐 時間壬一正弦變化，因此掃瞄光線之射出角度與時間為非線性康 係。如圖示中的波蜂a_a，及波谷M，，其擺動角度明顯小於波段^ 及a b❿此角速度不均等的現象容易造成掃描光線在感光鼓Μ』 ^ i、⑽錢置於微機_ ❹ ，取大知描角度进之内，其夾角為卿，雷射光束 處開始f微機電反射鏡所反射，此時相當於圖丨之掃描光= ϋ當先電感測器14a侦測到掃描光 # K)係擺動到，角度，此時相#於圖1 機J反射鐘 反射鏡10掃描角度變化如圖2的a點時此I、术a’备微機電 位置；此時雷射光源η將被鶴而發;*4= 目^掃描光線仙 的b點時’此時相當於掃描光線113b=而掃描至圖2 射光源u發出雷射光束⑴）；當微^角度内由雷 一時由雷射光源„被•開始==時如: 201015113 完成一個週期。 3月參知圖1及圖3’其中圖3為强、 光線之光學路徑圖。其中，±θη為有^ —鏡片及第二鏡片之掃描 之轉動角度進入士θη時，雷射光源^ ^田角度’當微機電反射鏡10 機電反射鏡10反射為掃晦光線'，、汗°發出雷射光束111，經由微 - Β1Β^ 電反射鏡10所反射之轉與_ U = 131b卿，將微機 離與時間驗關叙掃描錢 I 祕轉換成距 第二鏡片，藉由第一先學二與 學面132a、第四光學面丨32b之光風 予 b、第二光 ，上，而於感光鼓15上：【;將掃描光線聚焦於感光鼓 兩最遠㈣2 Μ㈣^ 先__)2。域光鼓〗5上， /至 =====3 ^偷機電反射鏡 132b 2為第—先學面131b之曲率半徑鳴為第三光學面ma之曲率半 徑、R4為第四光學面132b之曲率半徑。 請參照圖4,為掃描光線投射在感光鼓上後，光點面積細〇t_ 心投射位置之糾耐化之轉圖。當掃瞄紐既沿光軸方向透 過第-鏡片131及第二鏡片132後投射在感級叫，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 移率疋令’因此成像於感光畫支15上之光點2a為一麵形。當掃描 光線113b及113c透過第一鏡片131及第二鏡片132後而投射在感光 11 201015113 鼓I5時，因入射於第—鎊片ηι筮_ 角不為零，;y a 第―鏡 與光軸所形成之夾 月不為零於主純方向所產生之偏移率 方向之投練雜掃描缝U1所料 ”、、 U ;主知描 :=:，線111:二=== 2c 、、；感光豉15上之光點2b、2c4-類橢圓形， 且2b、 =面献於2a。其中，^與SbQ為微機電反射鏡i()反射面上掃 田^線的光點在主掃描方向(γ方向)及副掃描方向(χ方向)之長度、 a 光線之高斯光束(―如咖)於光強度為η州 及x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。 ，上職，本伽之二以㊉可鑛魏反賴ιό反射之 ^光線，將高斯光束之掃描光線進行崎變(dist〇rti〇n)修正，及將時 二’二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 二H線在X方向與Y方向之光束半徑經過扭鏡片的各角度一 疋的放大率’域像面上產生光點’啸供符合需相解析度。 為達成上述功效，本發mfe鏡片在第—鏡片131的第一光 © =面咖或第二光學面132a及第二鏡片132的第三光學面恤或 細光學面mb，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 ·板像曲面方程式(Anamorphic equation) Z =_ (Cx)X2 + (Cy)Y2_ 「 1 + (1 + Kx){Cx)2X2-(1 + Ky){Cy)2YT + Ar^~Αρ)χ2 + (1 + A^Y'Γ + ΒΑ^~Βρ)Χ^+(ΐ + Βρ)Υ^] +CR[(l-Cp)X2+(1 + 0^ + 12 201015113 ^β[(1-^)Χ2+(1 + ^)72]5 (2) 其中，Ζ為鏡片上任一點以光轴方向至ο點切平面的距離 (SAG); Q與C,分別為X方向及Υ方向之曲率(curvature); &與心分 別為X方向及Y方向之圓錐係數(C〇nic coefficient);、a、匕與仏 刀別為旋轉對稱(rotationally symmetric portion)之四次、六次、八次與 十-欠幂之圓錐變形係數(deformation ;from the conic); 4、&、(^與仏 刀別非旋轉對稱（non-rotationally symmetric components)之分別為四 /、大、八·^、十次冪之圓錐變形係數(deformation from the conic); ❽田Cj: ，A =心且為< =4 =Z)p =0則簡化為單一非球面。 2 ·環像曲面方程式(Toric equation) ζ = (Cxy)x2 l + ^ll-(Cxy)2X2 -

Cxy - — 1 (1 / Cx) — Zy 7、、一 (Cy)Y2 ~ +5474 + 5βΓ6+Β^γ8+B-¥，° (3) 參 其中，z為鏡片上任—點料軸方向至Q點切平面的距離(sag); 係數1分別γ方向與X方向之曲率(curva㈣、為γ方向之麟 !t c〇efficient); ,十 人幂之係數（4th〜10th order coeffidentd +· ^ conic) ;tc c . , , mS) def™〇n from the 、 * , & ρϋ='=〇則簡化為單一球面。 線在目標物上之成像面上維持等掃描速度 :_=^同的時„隔内，轉兩個光點關距 ί-ί, n?^U3a 113b ^ ^ 弟鏡片131及第二鏡片132進行掃 稭田 的時間間_兩掃描光線，經之修正，使相同 Μ度修正後，於成像的感光鼓15 13 201015113

$成的兩個光點的距離相等1進—步1㈣光束n =反射鏡K)反射後，其絲光束半徑①與Gb較大此= ^經職機蚊機Π)域姐H之麟後，絲^ =將更大，不符合實贿析度要求；本發明之二片式 I 步可將微機電反射鏡K)反射的掃描光線113a至掃描光線咖之間 形成Ga與Gb較小的高斯絲，進行聚焦於成像贼光鼓丨 ❹ ti、r點；再者’本發明之二片式⑽片更可將成像在感光鼓15 上的光點大小均勻化（_於—符合解析度要求的麵⑴， 最佳的解析效果。 又于 本發明之二片式fB鏡片包含，由微機電反射鏡1G依序起算，為 :第一鏡片m及第二鏡片132，第一鏡片131為一雙凸形之鏡片及 ^鏡片132為一雙凸形之鏡片所構成，其中第一鏡片ΐ3ι具有第 一光，面131a及第二光學面131b ’係將微機電反射鏡1〇反射之角 度與時間非線性關係之掃描光線光點轉換成距離與時間為線性關係 之掃描光線光點；其中第二鏡片132為—新月形且凹面在微機電反 射鏡侧之鏡片’具有第三光學面132a及第四光學面⑽，係將第一 鏡片131之掃描光線修正聚光於目標物上；藉由該二片式扭鏡片將 微機電反射鏡10反射之掃描光線域光鼓15上絲；其中，第一 光子面131a、第一光學面131b、第三光學面132a及第四光學面132b 在主掃描方向至少有一個為非球面所構成之光學面、第一光學面 131a、第二光學面131b、第三光學面n2a及第四光學面13冼在副 掃描方向可至少有一個為非球面所構成之光學面或在副掃描方向均 使用球面所構成之光學面。更進一步，在第一鏡片131及第二鏡片 132構成上’在光學效果上’本發明之二片式历鏡片，在主掃描方 14 201015113 向進一步滿足式(4)〜式(5)條件： (4) (5) ⑹ ⑺ 〇 1<^3jA+^i<06 fmr -0.4 < < -0.02 ,(2)y 或，在主掃描方向滿足式(6) 0Λ< fsY + <\.2 J〇)y M2)y 且在副掃描方向滿足式(7) e 0.086 < (~- — J-) + fsX <1.0 ^lx ^2x ^4x 其中’fciyv為第一鏡片131在主掃描方向之焦距、£*(；^為第二鏡 片132在主掃描方向之焦距、山為㈣。第一鏡片131目標物侧光學 面至第二鏡片132微機電反射鏡1〇側光學面之距離、山為θ=〇。第二 鏡片132厚度、&為0=0。第二鏡片132目標物侧光學面至目標物之 距離，fsx為二片式扭鏡片在副掃描方向之複合焦距(c〇mbinati〇n 〇 focal length)、fsY為二片式扭鏡片在主掃描方向之複合焦距、Rix第i 光學面在副掃描方向的曲料徑；Riy為第丨光學面在主掃描方向的 曲率半徑，ndl與叫2為第一鏡片131與第二鏡片132之折射率 (refraction index)。 再者本發明—片式ίθ鏡片所形成的光點均一性，可以掃描 光線在感光鼓15上之光束大小的最大值與最小值的比值δ表示^ 滿足式(8): 15 _(V&) ⑻ 201015113 f進步’本發明之二片式坊鏡片戶斤形成的解析度 射鏡反射面上掃喊線的絲經掃描麵絲15上 為微機電反射鏡10反射面上掃猫光線的光 及(Γο)，田$光政15上光點最小值的比值絲示，即可滿足式⑼ ^Imin ❹ _max(^·^) (&〇 D min(V 又） (Si>0 'So〇) <0.10 <0.10 (9) (10) 方二γ &為感光豉15上掃猫光線形成的任—個光點在γ 方向及X方向之長度、δ核加5上最小先 值 η為微機電反射鏡1〇沒斛；L, 、取八兀·點I比值 1信.smi掃猫光線的光點與感光鼓15上光點之 比值，sa0與Sb0為韻電反射鏡1〇反射面 描方向及_财向之長度。 f %、㈣7b點在主知 ❿ -，更加明確詳實’ _舉較佳實_並配合下列圖 不將本毛月之結構及其技術特徵詳述如後. 裝置;=:=實要：::是， 揭示之膏施懸^要構成％件而作朗，因此本發明以下所 賴電♦雜於—賴電雷崎縣置巾，但就-般具有 其他結構乃屬-般通知之伽，& Α —片式®鏡片外， 之人士瞭解，太於aB 1 一般在此領域中熟悉此項技蓺 之人士瞭解本务明所揭示微機電雷 π 構成元件並不限制於以下所揭千夕每…衣置之—片式扭鏡片之 kmm - μ -ν' m 島’、只知例結構，也就是該微機電雷 射㈣輕之—片切鏡片之各構成元肢可以進行許多改變、^ 16 201015113 改、甚至等效變更的’例如：第—鏡片m及第二鏡片m之曲率 半控设计或面型設計、材質選用、間距調整等並不限制。 〈第一實施例〉 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-鏡片131a為雙凸形之鏡片、第二鏡片132為新月形且凹面

在微機電反射鏡侧之鏡片所構成，在第一鏡片131第一光學面H ©第二光學面131b、第二鏡片132第三光學面⑽與第四光學面腿 均係為非球面，式(2)鱗_公式餅。其光料性與 參數如表及表二。 表一、第一實施例之ίθ光學特性 ❹ 光學面 曲率半徑(mm) (optical surface) (curvature) MEMS 及射 R 〇〇 lens 1 RUAnamorphic、 Rlx* -59.36 Rly* 412.45 R2(Anamorohic、 R2x* -13.83 R2y* -191.01 lens 2 R3 fAnamorohic) R3x* 44.64 R3y* -67.42 R4(，Anamorohic>) R4x* 79.17 R4y* -140.15 威先鼓(drum)R5 *表示非球面 d厚度(mm) (thickness) 15.00 nd折射率 (refraction index) 1 1.533 8.00 15.00 1.533 8.00 35.90 0.00 17 201015113 表二、第一實施例之光學面非球面參數 橫像曲面方程式係數(Anamorohic equation coefficent)___ 光學面(optical Ky圓錐係數 4th次幂係數 6th次冪係數 8th次幂係數 10th次幂係數 surface) (Conic Order Order Order Order

Coefficent) Coefficient (AR) Coefficient iBR) Coefficient (CR) Coefficient (DR) * * * * RR2R3R4R1R2R3R4 -9.999866 2.0503E+01 -1.0279E+00 4.2555E+00 〇.〇〇〇〇〇〇 -9.9853E-08 -9.533 IE-08 -3.8792E-06 〇.〇〇〇〇〇〇 -4.9315E-10 7.4517E-11 6.3532E-10

〇.〇〇〇〇〇〇 O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO

〇.〇〇〇〇〇〇 O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO

Kx圓錐係數 (Conic Coefficent) 4th次幂係數 Order Coefficient (AP) -37.712682 -9.6614E-01 6.0316E+00 2.5689E+01 0.757670 2.8051E-01 3.1716E+00 -1.4215E+00 6th次幂係數 Order Coefficient (BP) -1.043425 O.OOOOE+OO 0.0000E+00 -1.2072E-01 8th次幂係數 Order Coefficient (CP) l〇th次幂係數 Order Coefficient (DP)

〇.〇〇〇〇〇〇 0.0000E+00 O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO 〇.〇〇〇〇〇〇 O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO O.OOOOH+Ofi 經由此所構成的二片式扭鏡片之光學面，f(i)y= 248 747、 -256.151、fsX=28.3(U、fsY=3349.652 (mm)可將掃描光線轉換成距離 與時間為線性之掃描光線光點，並將微機電反射鏡1〇上光點 Sa0=14‘19bm)、SbG= 3109.99(μηι)掃描成為掃描光線，在感光鼓15上 進行聚焦，形成較小的光點6，並滿足式(4)〜式(1〇)之條件，如表三、 感^支15上以中心軸ζ轴在γ方向距離中心轴γ距離(㈣的^點 之冋斯先束直以㈣’如表四；且本實施例之光點分布圖如圖7所 18 201015113 表三、第一實施例滿足條件表

d3 +d4+d5d/mY J〇)r 主掃描方向 (^1 -1) ^ (nd2 -1) 1 ^)y 1

fsY δ Vn

minA ^k(SS^\

mm(H do U vAx 0.2368 -0.1401 0.4105 0.3319 0.4261 0.0732 0.0312 -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) -107.464 -96.075 -84.350 -7, ja ι , 咖 72.401 _60337 _4824〇 ·36152 _24〇85 1.95E-02 1.38E-02 1.62E-02 IfilPm … --—~61E~02 1-41E-02 1.27E-02 1.10E-02 9.01E-03 ZJ6E-Q3 〈第二實施例〉 ❹ 本實施例之二片式历鏡片之第一鏡片131及一第二鏡片132 其中第-鏡片131a為雙凸形之鏡片、第二鏡片132為新月形且凹t 在微機電反射鏡侧之鏡片所構成，在第—鏡片131第_ 與第二光學面冊、第二則m第三光料跑與第 公齡其光學特性= 19 201015113 表五、第二實施例之ίθ光學特性 光學面 曲率半徑(mm) (optical surface) (curvature) d厚度(mm) (thickness) nd折射率 (refraction index) MEMS反射面R CO 41.10 1 lens 1 1.533 R1 (Anamorphic) Rlx* -58.93 11.06 Rly* 500.00 R2fAnamorphic) R2x* -14.25 22.54 R2y* -131.98 lens 2 1.533 R3fAnamon)hic) R3x* 41.95 11.34 R3y* -68.38 R4f Anamorphic) R4x* 44.94 59.54 R4y* -193.19 感糸鼓(drum)R5 〇〇 0.00 *表示非球面 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 coefficent) 光學=(opycal ^圓錐係數 4th次幂ϋ一~6th次幂係數~8th次幂係數~10th次幂係數- surtace) (C〇nic Order Order Order Order

Coefficent) Coefficient (AR) Coefficient (BR) Coefficient (CR) Coefficient (DR) * * * ***** ^心^1142^^114 參 -LOOOOE+Ol 4.1220E+00 -6.5523E-01 -2.1519E+01 ·1.5664Ε·07 1.7671E-07 -5.4141E-07 -7.5590E-07 -2.461 IE-08 -1.0738E-10 •1.1074E-10 2.4110E-11

O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO

O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO

Kx圓錐係數 (Conic Coefficent) 4th次幂係數 Order Coefficient (AP) 6th次幂係數 Order Coefficient (BP) 8th次幂係數 Order Coefficient (CP) 10th次幂係數 Order Coefficient (DP) 9.0863E+00 -7.363 IE-01 9.9824E+00 3.7629E+00 -2.0046E-01 -2.3614E+00 •7.5108E-01 -5.0883E-01 -1.0375E+00 0.O000E-H)0 O.OOOOE-H)〇 2.5704E-01

O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO

O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO 經由此所構成的二片式伪鏡片，f(1)Y= 199.250、f(2)Y= -207,231、 fsX=29.556、fsY=1482.761 (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Sa(f=14.19(^m)、s ' 20 201015113 3109.99(μιη)掃描成為掃描光線 的光點8，並滿足⑷〜式(10)之條件[如:15上進行聚焦，形成較小 Z Y γ ^ 如表八；且本實關之光齡布圖如㈣浙 表七、第二實施例滿足條件表 /(i)r ❺ 々2)r 主掃描方向 0.4689 -0.2873 0.1528 0.1101 0.4150 0.0579 0.0238 ~^) 1 (nd2 "Ί) ff)y ^ 副掃描方向(；一_ + ---~)/rf δ = ^7mn min^

K 1¾¾ -(^0- 表八、第二實施_光鼓上光點高斯絲餘的最大值

❹ <第三實施例> 本實施例之二片式fe鏡片之第一鏡片131及一第二鏡片⑶， 其中第-鏡片131a為雙凸形之鏡片、第二鏡片132為新月形且凹面 在微機電反射鏡側之鏡片所構成，在第一鏡片131第一光學面ΐ3ΐ& 與第二鏡片132第四光學面132b均係為非球面，使用式⑶為非球面 公式设计’第一鏡片131第一光學面uib與第二鏡片132第三光學 21 201015113 她締綱。其光學特性與 〇 表九、第三實施例之fB光學特枓 》學面，i率半徑(mm) (optical surfaced (---------- 又、咖) MEMS及射；ffp 1? lens 1 RUYToroid-ι Rlx Rly* R2(Anamotphir) R2x* R2y* lens 2 R3(Anamorphic) R3x* R3y* R4 (Ύ Toroid) R4x R4y* 感光鼓(dmm)R5 (curvature') (thickness、 〇〇 35.00 -36.01 8.00 358.67 -11.95 15.00 -181.18 49.11 8.00 -88.10 68.27 37.94 -91.94 〇〇 0.00 nd折射率 (refraction index) 1 1.533 1.533 *表示非球面

表十、第三實施例之光學面非球面參數

光學面(optia surface) 環像曲面方程式係數Toric eciuation Coefficient il Ky圓錐係數 (Conic Coefficent) 4th次幂係數 6th次幂係數 Order Order Coefficient (B4) Coefficient (E6) 8th次幂係數 Order Coefficient (B8) 10th次幂係數 Order Coefficient Rl* -3.8493E+02 -9.3615E-07 -1.7154E-10 0.0000E+00 O.OOOOE+OO R4* -9.1937E+01 -1.1043E-07 3.7377E-11 0.0000E+00 O.OOOOE+OO 橫像曲面方程式係數(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 (BR) Coefficient (CR) Coefficient (DR) R2* -6.1828E+00 -3.3262E-08 -1.4185E-10 O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO R3* •2.0464E+00 5.4912E-08 1.2009E-10 0.0000E+00 0.0000E+00 Kx圓錐係數 4th次冪係數 6th次幂係數 8th次幂係數 10th次幂係數 (Conic Order Order Order Order Coefficent) Coefficient iAP) Coefficient (BP) Coefficient (CP) Coefficient (DP) R2* -6.3742E-01 1.3726E+00 O.OOOOE+OO 0.0000E+00 O.OOOOE+OO R3* 1.0000E+01 9.2103E-01 O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO 22 201015113 經由此所構成的二片式ίθ鏡片，fw产29477、f(2)Y=_ fsx=27.634、fsY=-2795.472 (mm)可將掃插光線轉換成距離與間線 性之掃描光線先點，並將微機電反· 1G上光點t線 腳."㈣掃描成為掃描光線，在感光鼓15上進行聚 ^ 的光點H) ’並滿足(4)〜式⑽之條件，如表十一；感光鼓15 心軸Z軸在1方向距離中心軸γ轉(mm)的光狀高斯光束直徑 (μπι)，如表十二，本實施例之光點分布圖如圖9所示。 Ο 表十一、第三實施例滿足條件表 d3+d4+ d5 d5 J(2)Y 主掃描方向 副掃描方向 min^ ma Ππώι 1¾¾ 0.2655 -0.1922 1.0546 0.2138 0.4240 0.0711 0.0301 參 表十二 、第三實施賊級上光點高斯光束餘的最大值

<第四實施例> 本實施例之二片式fB鏡片之第一鏡片i3i及一第二鏡片132 其中第鏡片131a為雙凸形之鏡片、第二鏡片為新月形且凹召 在微機電反射鏡側之鏡片所構成，在第—鏡片i3i第—光學面131 23 201015113 與第二光學面131b、第二鏡片132第三光學面132a與第四光學面 ⑽均係為絲面，使用式⑵為非球面公式設計。其光學特性與非 球面參數如表十三及表十四。 〇 表十三、第四實施例之ίθ光學特性 光學面 曲率半徑(mm) d厚度(mm) nd折射率 MEMS及射两R 〇〇 9.47 i lens 1 1.533 RlfAnamorphir.) Rlx* 61.11 9.47 Rly* 1000.00 R2(Anamorphic'i R2x* -13.73 15.00 R2y* -111.48 lens 2 1.533 R3 (Anamorohic) R3x* 43.15 8.00 R3y* -72.64 R4fAnamorDhic') R4x* 54.97 39.56 R4y* -186.13 咸氺.銨rdrum)R5 〇〇 0.00 *表示非球面 Ο 24 201015113 表十四、第四實施例之光學面非球面參數 橫像曲面方程式係數(Anamorphic equation coefficent) 光學面(optical Ky圓錐係數 surface) (Conic __ Coefficent) ϋ幂係數 6th次冪係數 8th次幂係數 10th次幂係數 Order Order Order Order

Coefficient (AR) Coefficient (BR) Coefficient (CR) Coefficient (DR) **** * * * * R1R2R3R4R1R2R3R4 -10.000000 3.8144E+00 -5.4525E-01 -1.7819E+01 〇.〇〇〇〇〇〇 1.8217E-07 -1.3836E-07 -2.2821E-07 0,000000 -1.3336E-10 -1.0391E-10 3.4574E-11 〇.〇〇〇〇〇〇 O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO 0.0000E+00

〇.〇〇〇〇〇〇 O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO

Kx圓錐係數 (Conic Coefficcnt)_ 1.406035 4th次幂係數 Order Coefficient (AP) -6.7830E-01 1.0000E+01 -3.8113E+00 •0.112245 -2.3380E+00 -7.2372E-03 -5.0027E-Q1 6Λ次幂係數 Order Coefficient (BP) 8th次幂係數 Order Coefficient (CP) 10th次幂係數 Order Coefficient (DP) -1.041759 0.0000E+00 O.OOOOE+OO 1.8215E-01 〇.〇〇〇〇〇〇 O.OOOOE+OO 0.0000E+00 0.0000E+00 〇.〇〇〇〇〇〇 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 ❹ =^1所構成的二片式扭鏡片，A)Y= 19G.79G、f(2)Y= ·231.568、 二光線瓣娜為線性之 的光點，並滿足(4)〜式⑽之===上進二聚焦，形成較小 心軸Z軸在Y方向距離中^牛，如表十五；感光鼓15上以中 (μηι)，如表十六；且太竇 距離(mm)的光點之高斯光束直徑 且她，之光點分布圖如圖1〇所示。 25 201015113 表十五、第四實施例滿足條件表 d3 +<^4 +C^5_d/mY fS描方向/sy.(午^+ t Jf)y 1 ^(2)^1 畐1J掃描方向(3- — γ~) + )/rf δ ηαν. min〇S*ft lax^ msdi 'CV久） 0.3279 -0.1708 0.4105 0.1977 0.4325 0.0705 0.0305 表十六 、第四實施例感:¾鼓上光點高斯光束直徑的最大值 ^ 丨議.魏-48.060 -35.956 -23.920 〇.〇〇〇

MaxgC,2Gb) ,49Β·03 7.ΜΕ-03 7·16Ε-03_13〇Ε：〇^7,79Ε,〇3 ,87£,〇3 t ^ <第五實施例> 參 ^實施例之二片式f0鏡片之第—鏡片131及—第二鏡片ΐ32 其Γ第—鏡片131&為雙凸形之鏡片、第二鏡片132為新月形且凹 ίί機射鏡側之鏡片所構成，在第—鏡片131第—光學面13 ，鏡片丨32第三光學一第四光學 球面參數域十Γ及為式設計。其絲特性與」 26 201015113 表十七、第五實施例之扭光學特性 ❹ 光學面 曲率半徑(mm) (optical surface) (curvature) d厚度(mm) nd折射率 (thickness)___(refraction index) MEMS反射面R oo 15.45 1 lens 1 1 d RlfAnaxnorDhic) 1 .D J j Rlx 34.72 9.96 Rly* 158.19 R2iAnamor〇hic) R2x* -18.95 10.00 R2y* -96.96 lens 2 1.533 R3 fAnamorohic) R3x* 44.05 12.00 R3y* -271.41 R4 fAnamorohic) R4x* -88.76 23.38 R4y* -518.31 威糸.玆idrum)R5 幸主二Jl：工左 OO 0.00 ❹ 表十八、第五實施例之光學面非球面參數 -樣像曲面方程式係數(Anamorphic equation coefficent)_ 光學面(optical Kyi),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 ___cQcy?9.gi?i)-Coefficient (AR) Coefficient (BR) Coefficient (CR) Coefficient (DR) Rl* 3.2139E+00 2.7416F.-06 ΖΙΤΓΤΤΕ^Τ：-λ λλλλ^ , Λλ-Λ 咖‘丄二 R2* R3* R4* 3.2139Ε+00 -4.0120Ε+00 1.0000Ε+01 -1.0000E+01 2.7416E-06 •6.4991E-08 -2.3351E-05 6.3319E-07 -4.5115E-10 5.5193E-09 1.5929E-09 4.3735E-10

O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO 0.0000E+00 0.0000E+00 O.OOOOE+OO 0.0000E+00

Kx p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) -1.4366E+01 2.7499E-01 O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO 1.8682E+00 -5.6172E+00 0.0000E+00 O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO 5.4516E+00 -6.7539E-01 O.OOOOE+OO 0.0000E+00 0.0000E+00 -7.8410E+00 2.7309E-01 2.2993E-02 O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO 經由此所構成的二片式fB鏡片，fWY=115.57、f(2)Y= -1099.047、 27 201015113 fsX=2L265、H28.663 (mm)可將掃描先線轉換成距離在 之掃描光線絲，並將雜肢械 ，、時間為線性 3-9.99(^^^ , ίί 的光點U，並滿足(4)〜式⑽之條件，如表十九；感光 心軸Z軸在γ方向距離中轴γ 上以中 γ钟距離(mm)的光點之高斯光克吉於 ㈣，如表二十；且本實_之魅分布圖如圖U所示束直位 表十九、第五實施例滿足條件表

f(2)Y 主掃描方向 仏-1) 1 Jf、y 2 f{i)yx 一 副掃描方向 0.3927 0.0212 0.5312 0.8038 0.4633 0.0993 0.0483 麵 =2¾¾ 表一十、第五實施例感光鼓上光點高斯光束直徑的最大值 -107.460 -96.156 -84.406 -72.426

藉由上述之實施例說明，本發明至少可達下列功效： 。〇)藉由本發明之二片式扭鏡片之設置’可將呈簡諧運動之微 p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 28 201015113 射作插，使成像於目標物上形成之兩相鄰光點間距相等。 g本發明之二片式涝鏡片之設置，可畸變修正於拿搞p 方向及副掃財向掃描級，㈣—a 正於主知描 縮小。 ' 聚…於成像的目標物上之光點得以 ⑶藉由本發明之二片式扭 疋 方向及副掃描方内搞扣止妯 兄片之5又置，可％變修正於主掃描 向心先線’使成像在目標物上的光點大小均勾化。 ^上所賴為本發明的健 明性的，而非限制性的；本專輩枯射„ J f子本發明而吕僅是說 ❹所限简神和細本侧利要求 但都將落入本發明的保護範圍内料夕改變，修改’甚至等效變更， 【圖式簡單說明】 圖1為本發H切刻之絲路徑之示咅圖. 圖2為-微機電反射鏡掃描角度θ與時間 圖3為通過第—鏡片及第二鏡片 光卷’ 參 明圖； 田先線之先學路徑圖及符號影 圖4為掃描光線投射在感光鼓上後， 變化之示意® ; 桃面積隨投射位置之不同 圖5為光束之高斯分佈與光強度之關係圖； 圖6為本發明通過第一鏡片及第二 路徑圖； <知描光線之實施例之光， 圖7為第一實施例之光點示意圖； 圖8為第二實施例之光點示意圖； 圖9為第三實施例之光點示意圖； 29 201015113 圖ίο為第四實施例之光點示意圖；以及 圖11為第五實施例之光點示意圖。 【主要元件符號說明】 10 :微機電反射鏡； 11 :雷射光源； 111 :光束； 113a、113b、113c、114a、114b、115a、115b :掃瞄光線； ® 131 :第-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。

30

Claims (1)

1. 201015113 十、申請專利範圍： 1:種二片式’鏡片’其係適用於微機電雷射掃描裝置，該微機電 :射掃為裝置至少包含-収發射光束之光源、以共振左右擺動將 先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^物’該二片式扭鏡片包含，由微機電反射鏡依序起算，係 由雙凸形之第-鏡片及一新月形且凹面在微機電反射鏡側之第 二鏡片所構成，其中該第—鏡片具有—第—光學面及—第二光學 面及第光學面與該第二光學面，在主掃描方向至少有—個光學 ©面為非球面所構成’係將該微機電反射鏡反射之肢與時間非線性 關係之掃描紐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-第三光學面及—第四光學面，該第三光 學面與该第四光學面’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-鏡片之掃描光線修正聚光於該目標物上；藉由該 一片式历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項所述之二片式伤鏡片，在主掃描方向進一 ❹ 步滿足下列條件： 0-1<^/4+^<0.6 Λΐ^ -0.4 <-^_<-〇.〇2 ； J(2)¥ 其中，化穴為該第一鏡片在主掃描方向之焦距、f(2)Y為該第二 鏡片在主掃描方向之焦距、山為0=0。該第一鏡片目標物側光學面 至6亥第一鏡片微機電反射鏡侧光學面之距離、屯為Q=〇。該第二鏡 片厚度、山為θ=0〇該第二鏡片目標物側光學面至該目標物之距離。 31 201015113 3.如申請專利範圍第1項所述之. 件： 在主掃描方向滿足 .片式ίθ鏡片，進一步滿足下列條 <1.2 0.1 < fd)y f(2)y 在副掃描方向滿足 0.086 < (κ)+(ϋ}/- < 1.0 ❹ 其中’ 與f(2)Y為該第一鏡片及該第二鏡片在主掃描方向之 焦距、fsx為二片式历鏡片在副掃描方向之複合焦距、fsY為二片式扭 鏡^在主掃描方向之複合焦距、仏第i光學面在副掃描才向的曲率 半徑；ndi與叫2分別為該第一鏡片與該第二鏡片之折射率。 4. 2請圍第1項所述之二片式β鏡片，其中該目標物上形 成之一最小光點與一最大光點大小的比值滿足： 0.4<5=™^Α1 職(¾ Λ) 其中，Sa# Sb為該目標物上掃猫光線形成的任 知描方向及_描方向之長度、δ為該目標鱼 大光點之比值。 Λ取小先點與該最 5. 如申請專利範圍第i項所述之二片式扭鏡片， 成之-最大光點的比值與在該目標物 二^目標物上形 分別滿足： 一最小光點的比值 <0.10 32 201015113 min(V\) VmiD 一 (n〇T<0.10 ; 其中，sa0與sb0為該微機電反射鏡反射面上掃瞄光線的光點在 主掃描方向及副掃描方向之長度、Sa與Sb為該掃瞄光線形成的任 一個光點在主掃描方向及副掃描方向之長度狀為該微機電反射 鏡反射面上掃晦光線的紐經掃描在該目標物上所形成之該最大 光點的比值、為該賴電反職反射面上掃目肖光、_光點經掃 描在該目標物上所形成之該最小光點的比值。 鲁 33