TWI426297B - 雷射掃描裝置之短聚光距二片式ｆΘ鏡片（二） - Google Patents

Description

雷射掃描裝置之短聚光距二片式fθ鏡片(二)

本發明係有關一種雷射掃描裝置之短聚光距二片式fθ鏡片，特別指一種用於旋轉多面鏡(Polygon mirror)之雷射掃描裝置(Laser scanning unit)，具有短聚光距以縮小雷射掃描裝置體積之二片式fθ鏡片。

目前雷射光束印表機LBP(Laser Beam Print)所用之雷射掃描裝置LSU(Laser Scanning Unit)，係利用一高速旋轉多面鏡(polygon mirror)以操控雷射光束之掃描動作(laser beam scanning)，如美國專利US7,079,171、US6,377,293、US6,295,116，或如台灣專利198966所述。其原理如下簡述：利用一半導體雷射發出雷射光束(laser beam)，先經由一準直鏡(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(cylindrical lens)後，聚焦而形成一線狀(line image)，再投射至一高速旋轉多面鏡(polygon mirror)上，而旋轉多面鏡上均勻連續設置有多面反射鏡(reflection mirror)，其係位於或接近於上述線狀成像(line image)之焦點位置上。藉由旋轉多面鏡控制雷射光束之投射方向，當連續之複數反射鏡在高速旋轉時，可將投射至一反射鏡上之雷射光束沿著掃描方向(X軸)之平行方向以同一轉角速度(angular velocity)偏斜反射至一fθ線性掃描鏡片上，而fθ線性掃描鏡片係設置於旋轉多面鏡旁側，可為單件 式鏡片結構(single-element scanning lens)或為二件式鏡片結構。此fθ線性掃描鏡片之功能在於使經由多面鏡上之反射鏡反射而射入fθ鏡片之雷射光束能將掃描光線聚焦成一圓形(或橢圓型)光點並投射在一光接收面(感光鼓photoreceptor drum，即成像面)上，並達成線性掃描(scanning linearity)之要求，係使用如美國專利US4,707,085、US6,757,088或日本專利JP2004-294713等。然而，習用之fθ線性掃描鏡片仍存在有下列問題：

(1)、由於旋轉多面鏡反射雷射光束時，投射至各旋轉多面鏡之反射鏡上之雷射光束的掃描中心軸並非正對旋轉多面鏡之中心轉軸，以致在設計fθ線性掃描鏡片時，需同時考慮旋轉多面鏡之離軸偏差(reflection deviation)問題。習知技術中使用副掃描方向之光學補正方法以修正主掃描方向之光學補正的方法，係如美國專利US5,111,219、US5,136,418、日本專利JP2756125等所揭露的技術。但為使離軸偏差可以經由副掃描方向之光學補正方法加以適當修正，則需要較長的焦距，而引起增加雷射掃描裝置整體體積之問題。

(2)、為使fθ線性掃描鏡片之掃描光線在感光鼓上之光點的直徑能符合使用規範要求，在習知技術上，常使用具有較長的焦距之鏡片，以使成像品質較佳，甚至使用反射鏡延伸成像的距離，如美國專利US2002/0063939或使用三件式鏡片如美國專利US2002/0030158、US5,086,350及日本專利JP63-172217。或者是使用較難製作的繞射鏡片(diffraction lens)，如美國專利US2001/0009470、US5,838,480等。更或是使用具有反曲點(inflection point)之二件式鏡片，如美國專利US5,111,219、US7,057,781、US6,919,993以及使用具有反曲點之單件式鏡片如日本專利JP04-50908。

(3)、為適用於小型印表機之使用，而縮小雷射掃描裝置體積時所採用之習知方法之一為縮短感光鼓上的成像距離，如美國專利US7,130,096中，使用限制有效掃描距離(effective scanning range)與成像光學距離(optical length)比值之方法，以縮短感光鼓上的成像距離並消除鬼影現象(ghost image)。又如美國專利US6,324,015中，使用限制旋轉多面鏡至感光鼓的距離(稱聚光距，Focal Distance)與fθ鏡片的焦距比值(d/f)，以縮短其距離，但以焦距為100mm為例，聚光距約為200mm。美國專利US6,933,961中所揭露之二片式fθ鏡片，係採用不對稱(asymmetric optical surface)光學面，使二個fθ鏡片光軸在主掃描方向或副掃描方向上產生偏位(axis deviate from main-scanning or sub-scanning)而可縮小聚光距。為滿足消費者對雷射掃描裝置輕薄短小之需求，對於具有短聚光距(如以A4之雷射印表機，而聚光距需小於150mm)且在主掃描與副掃描方向上，可有效修正光學畸變、提高掃描品質與提高解析度之短聚光距二片式fθ鏡片，實為使用者的迫切需求。

本發明之目的在於提供一種雷射掃描裝置之短聚光距二片式fθ鏡片，係用於具有旋轉多面鏡之雷射掃描裝置，二片式fθ鏡片由旋轉多面鏡 依序起算，設置有一第一鏡片及第二鏡片，其中第一鏡片具有第一光學面及第二光學面，第二鏡片具有第三光學面及第四光學面。此短聚光距二片式fθ鏡片之特徵在於二片式fθ鏡片之各個光學面在主掃描方向均為非球面。位於掃描中心軸之主掃描方向上，第一鏡片為具正屈光度之新月型鏡片，第二鏡片為具負屈光度之鏡片。第一鏡片之第一、第二光學面及第二鏡片之第三光學面之凹面面向旋轉多面鏡側。第二鏡片之第四光學面具有反曲點且其凸面面向旋轉多面鏡側，主要用以均勻化掃描光線於主掃描方向及副掃描方向上，因偏移掃描中心軸而造成於感光鼓上所形成之成像偏差，並可將掃描光線修正聚光於目標物上，而可將旋轉多面鏡所反射之掃描光線於目標物上正確成像，達成雷射掃描裝置所要求之線性掃描的效果。

本發明之另一目的在於提供一種雷射掃描裝置之短聚光距二片式fθ鏡片，具有短聚光距，可達到縮小雷射掃描裝置之體積並具有良好成像效果之目的。因滿足0.4557tan(β)0.7265之條件，其中β為最大有效視窗角(maximum angle of effective window)，使得旋轉多面鏡反射之雷射光束經由此短聚光距二片式fθ鏡片，可使掃描光線在較短聚焦距離下，仍可符合投射在目標物上光點(spot)面積的要求，而達到減少雷射掃描裝置體積之目的。

本發明之再一目的在於提供一種雷射掃描裝置之短聚光距二片式fθ鏡片，可畸變修正因掃描光線偏離掃描中心軸，而造成於主掃描方向及副掃描方向之偏移增加，使得成像於感光鼓之光點產生變 形之問題，並使每一成像光點大小得以均勻化，而達到提高解像品質(resolution quality)之功效。

因此，本發明之雷射掃描裝置之短聚光距二片式fθ鏡片，適用於雷射掃瞄裝置，藉由設置於雷射掃描裝置內之旋轉多面鏡上的反射鏡，將光源發射之雷射光束反射成為掃描光線，以在目標物上成像。對雷射印表機而言，此目標物通常係為感光鼓(drum)，即，待成像之光點可藉由光源發射出之雷射光束，經由旋轉多面鏡之反射鏡掃描形成掃描光線後，此掃描光線再經由本發明之短聚光距二片式fθ鏡片加以修正角度與位置後，即可於感光鼓上形成光點(spot)。由於感光鼓上塗有光敏劑，用於感應碳粉使其聚集於紙上，如此一來，便可將資料列印出。

請參照圖1，為本發明雷射掃描裝置之短聚光距二片式fθ鏡片之光學路徑之示意圖。本發明之雷射掃描裝置之短聚光距二片式fθ鏡片包含具有第一光學面131a及第二光學面131b之第一鏡片131，與具有第三光學面132a及第四光學面132b之第二鏡片132，係適用於雷射掃描裝置。圖中，雷射掃描裝置主要包含雷射光源11、旋轉多面鏡10、柱面鏡16，以及用以感光之目標物，於圖中，目標 物係以感光鼓(drum)15來實施。雷射光源11所產生之光束111通過柱面鏡16後，投射到旋轉多面鏡10上。而旋轉多面鏡10具有複數個反射鏡片(於圖中，為五面反射鏡片)，各面反射鏡片係以旋轉多面鏡10之中心轉軸為轉軸進行旋轉，而將光束111反射成掃描光線113a、113b及113c。其中掃描光線113a、113b、113c於X方向上之投影稱之為副掃描方向(sub scanning direction)，於Y方向上之投影稱之為主掃描方向(rmain scanning direction)，掃描光線113c及113b自第二鏡片之第四光學面132b射出後，在感光鼓15上分別形成最左端(left end)與最右端(right end)，此兩端間之距離為有效視窗3(effective window)距離，如圖2所示，在有效視窗3距離內之光點2可將碳粉熱轉印於紙張上，而將原文件資料列印出來。

請參照圖1及圖2，其中圖2為通過第一鏡片及第二鏡片之掃描光線之光學路徑圖。當雷射光源11開始發出雷射光束111，經由旋轉多面鏡10反射為掃描光線，當掃描光線通過第一鏡片131時受第一鏡片131之第一光學面131a與第二光學面131b折射，將旋轉多面鏡10所反射之距離與時間成非線性關係之掃描光線轉換成距離與時間為線性關係之掃描光線。當掃描光線通過第一鏡片131與第二鏡片132後，藉由第一光學面131a、第二 光學面131b、第三光學面132a、第四光學面132b之光學性質，將掃描光線聚焦於感光鼓15上，而於感光鼓15上形成一列的光點(Spot)2。其中，d₀為柱面鏡16在旋轉多面鏡10的光學面沿雷射光束中心至旋轉多面鏡10反射鏡的最小距離(未於圖上顯示)，d₁為旋轉多面鏡10至第一光學面131a之間距、d₂為第一光學面131a至第二光學面131b之間距、d₃為第二光學面131b至第三光學面132a之間距、d₄為第三光學面132a至第四光學面132b之間距、d₅為第四光學面132b至感光鼓15之間距、R₁為第一光學面131a之曲率半徑(Curvature)、R₂為第二光學面131b之曲率半徑、R₃為第三光學面132a之曲率半徑、R₄為第四光學面132b之曲率半徑。

第四光學面132b在主掃描方向上，為具有反曲點之光學面，如圖3所示，在掃描中心軸上，其凸面係面向旋轉多面鏡10側，離開掃描中心軸經過反曲點P後，則變為其凹面面向旋轉多面鏡10側。

請參照圖4，為掃描光線投射在感光鼓上後，光點面積(spot area)隨投射位置之不同而變化之示意圖。當掃描光線113a沿主掃描方向透過第一鏡片131及第二鏡片132後，投射在感光鼓15上時，因入射於第一鏡片131及第二鏡片132之角度為 零，所以於主掃描方向上所產生之偏移率最小，其成像於感光鼓15上之光點2a具一類似圓形之外形。當掃描光線113b及113c透過第一鏡片131及第二鏡片132後而投射在感光鼓15上時，因入射於第一鏡片131及第二鏡片132與掃描中心軸所形成之夾角不為零，所以於主掃描方向上將產生偏移率，而造成於主掃描方向上之投影長度較掃描光線113a所形成的光點為大；此種情形在副掃描方向亦同樣會發生，偏離掃描光線113a之掃描光線113b,113c所形成的光點，也將較大。所以成像於感光鼓15上之光點2b及2c為一類橢圓形，且2b、2c之面積大於2a。圖中，S_a0與S_b0為旋轉多面鏡10反射面上掃描光線的光點在主掃描方向(Y方向)及副掃描方向(X方向)之均方根半徑(Root means square of spot size radius on target)、S_a與S_b為在目標物上光點大小X方向及Y方向之的均方根半徑，S_max,Y為任一光點在主掃描方向最大的半徑。

請參考圖5，為掃描光線投射在感光鼓15上的有效視窗與最大有效視窗角(effective window angle)β之示意圖。當最左端掃描光線113c射出第二鏡片132的第四光學面132b後，此掃描光線113c與平行於掃描中心軸的直線夾角，即為有效視窗角的最大值。為達成縮小雷射掃描裝置的體積之目的，可藉由縮短自旋轉多面鏡10至感光鼓15的成 像距離，即縮短聚光距來實現。為縮短聚光距，除可在第一鏡片131及第二鏡片132的四個光學面之光學特性、第一鏡片131及第二鏡片132的使用材料(折射率、阿貝數)等光學設計要素的變更，以縮短聚光距(d1+d2+d3+d4+d5)外，另外還可提高最大有效視窗角β的數值，使掃描的張開角度增大，最大有效視窗角β與第二鏡片132至感光鼓15的距離之間的關係如式(1)所示，當加大β值時，在固定的有效視窗下，可有效縮短y_a值。

其中，y_a為主掃描方向(Y方向)上，最末端掃描光線(最左端113c或最右端113b)出射於第二鏡片132之第四光學面132b平行於掃描中心軸至感光鼓15成像面的距離，y_b為副掃描方向(X方向)最末端掃描光線(最左端113c或最右端113b)出射於第二鏡片132之第四光學面132b至感光鼓15成像面的距離。

綜上所述，本發明之短聚光距二片式fθ鏡片可將旋轉多面鏡10反射之掃描光線進行畸變(distortion)修正，及將各投影光點位於目標物之間距的時間-角速度之非線性關係轉成時間-距離之線性關係；在主掃描方向與副掃描方向，掃描光線在副掃描方向(X方向)與主掃描方向(Y方向)之光束半徑經過fθ鏡片的各角度，可於成像面上產生 均勻光點，除可提供符合需求的解析度，並可有效縮短聚光距離，以減少雷射掃描裝置的體積。

為達成上述功效，本發明之短聚光距二片式fθ鏡片在第一鏡片131的第一光學面131a或第二光學面132a及第二鏡片132的第三光學面132a或第四光學面132b，在主掃描方向(Y)方向或副掃描方向(X方向)上，可使用球面曲面或非球面曲面設計，若使用非球面曲面設計，其非球面曲面係以下列曲面方程式：

1：橫像曲面方程式(Anamorphic equation)

其中，Z為鏡片上任一點以掃描中心軸方向至0點切平面的距離(SAG)；C _x 與C _y 分別為X方向及Y方向之曲率(curvature)；K _x 與K _y 分別為X方向及Y方向之圓錐係數(Conic coefficient)；A _R 、B _R 、C _R 與D _R 分別為旋轉對稱(rotationally symmetric portion)之四次、六次、八次與十次冪之圓錐變形係數(deformation from the conic)；A _P 、B _P 、C _P 與D _P 分別為非旋轉對稱(non-rotationally symmetric components)之四次、六次、八次、十次冪之圓錐變形係數(deformation from the conic)；當C _x =C _y ，K _x =K _y 且A _P =B _P =C _P =D _P =0則簡化為單一非球面。

2：環像曲面方程式(Torical equation)

其中，Z為鏡片上任一點以掃描中心軸方向至0點切平面的距離(SAG)；C _y 與C _x 分別Y方向與X方向之曲率(curvature)；K _y 為Y方向之圓錐係數(Conic coefficient)；B ₄、B ₆、B ₈與B ₁₀為四次、六次、八次、十次冪之係數(4th~10th order coefficients)deformation from the conic)。

為能使掃描光線在目標物上之成像面上維持等掃描速度，舉例而言，在兩個相同的時間間隔內，維持兩個光點的間距相等；本發明之短聚光距二片式fθ鏡片可將掃描光線113a至掃描光線113b之間，藉由第一鏡片131及第二鏡片132進行掃描光線出射角之修正，使相同的時間間隔的兩掃描光線，經出射角度修正後，於成像的感光鼓15上形成的兩個光點的距離相等，即成像在感光鼓15上的光點大小均勻化(限制於一符合解析度要求的範圍內)，以獲得最佳的解析效果。

本發明之短聚光距二片式fθ鏡片包含，由旋轉多面鏡10起算，具有第一鏡片131及第二鏡片132，其中第一鏡片131具有第一光學面131a及第二光學面131b，第二鏡片132具有第三光學面131a 及第四光學面131b。在掃描中心軸之主掃描方向上，第一鏡片為具正屈光度之新月形鏡片、第二鏡片為具負屈光度之鏡片，第一、第二、第三光學面(131a、131b、132a)之凹面係面向旋轉多面鏡10側，第四光學面132b具有反曲點且其凸面係面向旋轉多面鏡側10，可將旋轉多面鏡10反射之各掃描光線之角度與時間呈非線性關係之掃描光線光點轉換成距離與時間呈線性關係之掃描光線光點，並於修正光學畸變後，聚光於目標物上。其中，第一光學面131a、第二光學面131b、第三光學面132a及第四光學面132b在主掃描方向上，均為非球面之光學面。另，第一光學面131a、第二光學面131b、第三光學面132a及第四光學面132b在副掃描方向，可至少有一個為非球面所構成之光學面。更進一步，於第一鏡片131及第二鏡片132之光學設計上，本發明之二片式fθ鏡片，在空氣間隔與最大有效視窗角β進一步滿足以下式(4)及式(5)之條件：

在主掃描方向進一步滿足式(6)之條件：

在副掃描方向滿足式(7)之條件：

其中，d₁為掃描中心軸上旋轉多面鏡10反射面至第一鏡片131旋轉多面鏡側之距離、d₃為掃描中心軸上第一鏡片131目標物側光學面至第二鏡片132旋轉多面鏡10側光學面之距離、d₅為掃描中心軸上第二鏡片132目標物側光學面至目標物之距離、f_s為二片式fθ鏡片之複合焦距，β為最大有效視窗角，f_(1)Y為第一鏡片131在主掃描方向之焦距、f_(2)Y為第二鏡片132在主掃描方向之焦距、f_(1)X為第一鏡片131在副掃描方向之焦距、f_(2)X為第二鏡片132在副掃描方向之焦距、n_d1與n_d2分別為第一鏡片131與第二鏡片132之折射率(refraction index)。

再者，本發明之二片式fθ鏡片所形成的光點大小，可使用η_max與η_min之比值來表示，其中η_max為旋轉多面鏡10反射面上掃描光線的幾何光點(geometric spot)與掃描在感光鼓15上幾何光點最大值的比值，η_min為旋轉多面鏡10反射面上掃描光線的幾何光點與掃描在感光鼓15上幾何光點最小值的比值。，η_max與η_min分別滿足以下式(8)及(9)之條件，

其中，S_a與S_b分別為旋轉多面鏡之反射面上掃描光線形成的任一個光點在副掃描方向及主掃描方向之均方根半徑、η為旋轉多面鏡10反射面上掃描光線的光點與感光鼓15上光點之比值；S_a0與S_b0為旋轉多面鏡10反射面上掃描光線的光點分別在副掃描方向及主掃描方向之均方根半徑。

為使本發明更加明確詳實，茲列舉較佳實施例並配合下列圖示，將本發明之結構及其技術特徵詳述如後：

本發明以下所揭示之實施例，乃是針對本發明之雷射掃描裝置之短聚光距二片式fθ鏡片之主要構成元件所作之說明，因此以下所揭示之實施例係可應用於具旋轉多面鏡之雷射掃描裝置中。但是就一般雷射掃描裝置而言，除了本發明所揭示之二片式fθ鏡片外，其他結構係為此發明所屬技術領域中具有通常知識者可知悉。本發明所揭示之雷射掃描裝置之二片式fθ鏡片之構成元件並不受限於以下所揭示之實施例結構，也就是雷射掃描裝置之二片式fθ鏡片之各構成元件是可以進行改變、修改、甚至等效變更的，例如：第一鏡片131及第二鏡片132之曲率半徑設計、材質選用、間距調整等並不為下列實施例所限。並且為便於說明及比較，以下的實施例均採用旋轉多面鏡10上掃描光線的光點分別在X方向及Y方向之均方根半徑分別為 S_a0=47.89(μm)及S_b0=641.49(μm)之設計，但不以此為限。

<第一實施例>

本實施例之短聚光距二片式fθ鏡片在第一鏡片131之第二光學面131b與第二鏡片132之第三光學面132a均為非球面，使用式(2)之非球面公式設計其光學面之曲面。在第一鏡片131之第一光學面131a與第二鏡片132之第四光學面132b於主掃描方向上均為非球面，使用式(3)之非球面公式設計其光學面之曲面。其光學特性與非球面參數如表一及表二，光路圖如圖6所示，第四光學面132b之反曲點位於ψ=2.33°。

*表示非球面

經由此構成的短聚光距二片式fθ鏡片之光學面，f_(1)Y=88.111、f_(2)Y=-502.724、f_(1)X=-9.844、f_(2)X=24.685(mm)，其y_a=85.00、y_b=50.44(mm)，使得最大視窗角β=30.68°，可將旋轉多面鏡10上光點掃描成為掃描光線，在感光鼓15上進行聚焦，形成較小的光點，並滿足式(4)~(7)及式(8)~(9)之條件，如表三所示。感光鼓15上以掃描中心軸Z軸在Y方向距離掃描中心軸Y距離(mm)的光點之幾何光點直徑(μm)， 如表四；且本實施例之光點分佈圖及光點大小形狀圖，如圖7及圖8所示。

<第二實施例>

本實施例之短聚光距二片式fθ鏡片在第一鏡片131之第二光學面131b與第二鏡片132之第三光學面132a均係為非球面，使用式(2)之非球面公式設計其光學面之曲面。在第一鏡片131之第一光學面131a與第二鏡片132之第四光學面132b於主掃描方向上均係為非球面，使用式(3)之非球面公式設計其光學面之曲面。其光學特性與非球面參數如表五及表六所示，光路圖如圖6，第四光學面132b之反曲點位於ψ=8.21°。

表六、第二實施例之光學面非球面參數

經由此構成的短聚光距二片式fθ鏡片之光學面，f_(1)Y=84.264、f_(2)Y=-335.022、f_(1)X=-7.838、f_(2)X=26.919(mm)，其y_a=82.0、y_b=43.0(mm)，使得最大視窗角β=27.67°，可將旋轉多面鏡10上光點掃描成為掃描光線，在感光鼓15上進行聚焦，形成較小的光點，並滿足式(4)~(7)及式(8)~(9)，如表七所示。感光鼓15上以掃描中心軸Z軸在Y方向距離掃描中心軸Y距離(mm)的光點之幾何光點直徑(μm)，如表八所示。且本實施例之光點分佈圖及光點大小形狀圖，如圖9及圖10所示。

<第三實施例>

本實施例之短聚光距二片式fθ鏡片在第一鏡片131之第二光學面131b與第二鏡片132之第三光學面132a均係為非球面，使用式(2)之非球面公式設計其光學面之曲面。在第一鏡片131之第一光 學面131a與第二鏡片132之第四光學面132b之主掃描方向均係為非球面，使用式(3)之非球面公式設計其光學面之曲面。其光學特性與非球面參數如表九及表十，光路圖如圖6所示，第四光學面132b之反曲點位於ψ=6.57°。

表十、第三實施例之光學面非球面參數

經由此構成的短聚光距二片式fθ鏡片之光學面，f_(1)Y=83.522、f_(2)Y=-357.438、f_(1)X=-12.477、f_(2)X=-357.434(mm)，其y_a=85.0(mm)、y_b=42.474(mm)，使得最大視窗角β=28.74°，可將旋轉多面鏡10上光點掃描成為掃描光線，在感光鼓15上進行聚焦，形成較小的光點，並滿足式(4)~(7)及式(8)~(9)，如表十一所示。感光鼓15上以掃描中心軸Z軸在Y方向距離掃描中心軸Y距離(mm)的光點之幾何光點直徑(μm)，如表十二；且本實施例之光點分佈圖及光點大小形狀圖，如圖11及圖12所示。

<第四實施例>

本實施例之短聚光距二片式fθ鏡片在第一鏡片131之第二光學面131b與第二鏡片132之第三光學面132a均係為非球面，使用式(2)之非球面公式設計其光學面之曲面。在第一鏡片131之第一光 學面131a與第二鏡片132之第四光學面132b於主掃描方向均係為非球面，使用式(3)為非球面公式設計其光學面之曲面。其光學特性與非球面參數如表十三及表十四，光路圖如圖6所示，第四光學面132b之反曲點位於ψ=6.569°。

經由此構成的短聚光距二片式fθ鏡片之光學面，f_(1)Y=133.630、f_(2)Y=-5116.737、f_(1)X=-0.445、f_(2)X=20.124(mm)，其y_a=85.0(mm)、y_b=42.474(mm)，使得最大視窗角β=26.55°，可將旋轉多面鏡10上光點掃描成為掃描光線，在感光鼓15上進行聚焦，形成較小的光點6，並滿足式(4)~(7)及式(8)~(9)，如表十五所示。感光鼓15上以掃描中心軸Z軸在Y方向距離掃描中心軸Y距離(mm)的光點之幾何光點直徑(μm)，如表十六所示。且本實施例之光點分佈圖及光點大 小形狀圖，如圖13及圖14所示。

<第五實施例>

本實施例之短聚光距二片式fθ鏡片在第一鏡片131之第二光學面131b與第二鏡片132之第三光學面132a均係為非球面，使用式(2)為非球面公式設計其光學面之曲面。在第一鏡片131第一光學面131a、第二鏡片132之第四光學面132b於主掃描方向均係為非球面，使用式(3)之非球面公式設計其光學面之曲面。其光學特性與非球面參數如表十七及表十八，光路圖如圖6所示，第四光學面132b之反曲點位於ψ=2.04°。

經由此所構成的短聚光距二片式fθ鏡片之光學面，f_(1)Y=99.246、f_(2)Y=-1228.670、f_(1)X=-10.704、f_(2)X=106.623(mm)，其y_a=85.0、y_b=48.607(mm)，使得最大視窗角β=29.763°，可將旋轉多面鏡10上光點掃描成為掃描光線，在感光鼓15上進行聚焦，形成較小的光點，並滿足式(4)~(7)及式(8)~(9)，如表十九所示、感光鼓15上以掃描中心軸Z軸在Y方向距離掃描中心軸Y距離(mm)的光點之幾何光點直徑(μm)，如表二十；且本實施例之光點分佈圖及光點大小形狀圖，如圖15及圖16所示。

<第六實施例>

本實施例之短聚光距二片式fθ鏡片在第一鏡片131之第二光學面131b與第二鏡片132之第三光學面132a均係為非球面，使用式(2)之非球面公式設計其光學面之曲面。在第一鏡片131之第一光學面131a、第二鏡片132第四光學面132b之主掃 描方向均係為非球面，使用式(3)之非球面公式設計其光學面之曲面。其光學特性與非球面參數如表二十一及表二十二，光路圖如圖6所示，第四光學面132b之反曲點位於ψ=6.30°。

經由此構成的短聚光距二片式fθ鏡片之光學面，f_(1)Y=82.522、f_(2)Y=-300.994、f_(1)X=-8.349、f_(2)X=21.894(mm)，其y_a=82.3、y_b=49.273(mm)，使得最大視窗角β=30.908°，可將旋轉多面鏡10上光點掃描成為掃描光線，在感光鼓15上進行聚焦，形成較小的光點，並滿足式(4)~(7)及式(8)~(9)，如表二十三所示。感光鼓15上以掃描中心軸Z軸在Y方向距離掃描中心軸Y距離(mm)的光點之幾何光點直徑(μm)，如表二十四所示。且本實施例之光點分佈圖及光點大小形狀圖，如圖17及圖18所示。

藉由上述之實施例說明，本發明至少可達下列功效：

(1)藉由本發明之短聚光距二片式fθ鏡片之設置，可將旋轉多面鏡在成像面上光點間距非等速率掃描現象，修正為等速率掃描，使雷射光束於成像面之投射作等速率掃描，使成像於目標物上形成之兩相鄰光點間距相等。

(2)藉由本發明之短聚光距二片式fθ鏡片之設置，可畸變修正於主掃描方向及副掃描方向掃描光線，使聚焦於成像的目標物上之光點得以縮小。

(3)藉由本發明之短聚光距二片式fθ鏡片之設置，可畸變修正於主掃描方向及副掃描方向掃描光 線，使成像在目標物上的光點大小均勻化。

(4)藉由本發明之短聚光距二片式fθ鏡片之設置，可有效縮短聚光距離，使雷射掃描裝置之體積得以減小，達成小型化的要求。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，對本發明而言僅是說明性的，而非限制性的；本專業技術人員理解，在本發明權利要求所限定的精神和範圍內可對其進行許多改變，修改，甚至等效變更，但都將落入本發明的保護範圍內。

10‧‧‧旋轉多面反射鏡

11‧‧‧雷射光源

111‧‧‧光束

113a、113b、113c‧‧‧掃描光線

131‧‧‧第一鏡片

131a‧‧‧第一光學面

131b‧‧‧第二光學面

132‧‧‧第二鏡片

132a‧‧‧第三光學面

132b‧‧‧第四光學面

14a、14b‧‧‧光電感測器

15‧‧‧感光鼓

16‧‧‧柱面鏡

2、2a、2b、2c‧‧‧光點

3‧‧‧有效視窗

圖1為本發明二片式fθ鏡片之光學路徑之示意圖；圖2為通過第一鏡片及第二鏡片之掃描光線之光學路徑之示意圖；圖3為說明第四光學面反曲點之部分放大示意圖；圖4為說明感光鼓上之幾何光點之光點面積之示意圖；圖5為最大有效視窗示意圖；圖6為本發明各實施例之光學路徑圖；圖7為第一實施例之在目標物上不同位置之光點大小示意圖；圖8為第一實施例感光鼓上之光點分佈圖；圖9為第二實施例之在目標物上不同位置之光點大小示意圖；圖10為第二實施例感光鼓上之光點分佈圖；圖11為第三實施例之在目標物上不同位置之光點大小示意圖；圖12為第三實施例感光鼓上之光點分佈圖； 圖13為第四實施例之在目標物上不同位置之光點大小示意圖；圖14為第四實施例感光鼓上之光點分佈圖；圖15為第五實施例之在目標物上不同位置之光點大小示意圖；圖16為第五實施例感光鼓上之光點分佈圖；圖17為第六實施例之在目標物上不同位置之光點大小示意圖；及圖18為第六實施例感光鼓上之光點分佈圖。

10‧‧‧旋轉多面鏡

11‧‧‧雷射光源

111‧‧‧雷射光束

113a、113b、113c‧‧‧掃描光線

131‧‧‧第一鏡片

132‧‧‧第二鏡片

131a‧‧‧第一光學面

131b‧‧‧第二光學面

132a‧‧‧第三光學面

132b‧‧‧第四光學面

15‧‧‧感光鼓

16‧‧‧柱面鏡

Claims (4)

1. 一種短聚光距二片式fθ鏡片，其係適用於雷射掃描裝置，該雷射掃描裝置至少包含一用以發射雷射光束之光源、一用以將雷射光束掃描成掃描光線之旋轉多面鏡、及一用以感光之目標物；該二片式fθ鏡片具有一第一鏡片及一第二鏡片，且由該旋轉多面鏡依序起算，該第一鏡片為新月型具有一第一光學面及一第二光學面，該第二鏡片具有一第三光學面及一第四光學面，其特徵在於：該二片式fθ鏡片在掃描中心軸之主掃描方向上，該第一鏡片係具正屈光度、該第二鏡片係具負屈光度，該第一光學面、該第二光學面及該第三光學面之凹面係面向旋轉多面鏡側，該第四光學面具有反曲點且在掃描中心軸上其凸面係面向旋轉多面鏡側；該第一光學面、該第二光學面、該第三光學面及該第四光學面在主掃描方向均為非球面，並滿足下列條件： 其中，d₁為掃描中心軸上該旋轉多面鏡之反射面至該第一鏡片之旋轉多面鏡側之距離、d₃為掃描中心軸上該第一鏡片之該目標物側光學面至該第二鏡片之該旋轉多面鏡側光學面之距離、d₅為掃描中心軸上該第二鏡片目標物側光學面至該目標物之距離、f_s為該二片式fθ鏡片之複合焦距，β為最大有效視窗角。
2. 如申請專利範圍第1項所述之短聚光距二片式fθ鏡片，在主掃描方向上，進一步滿足下列條件： 其中，f_(1)Y為該第一鏡片在主掃描方向之焦距、f_(2)Y為該第二鏡片在主掃描方向之焦距、f_s為二片式fθ鏡片之複合焦距、n_d1與n_d2為該第一鏡片與該第二鏡片之折射率(refraction index)。
3. 如申請專利範圍第1項所述之短聚光距二片式fθ鏡片，在一副掃描方向進一步滿足下列條件： 其中，f_(1)X為該第一鏡片在副掃描方向之焦距、f_(2)X為該第二鏡片在副掃描方向之焦距、f_s為該二片式fθ鏡片之複合焦距、n_d1與n_d2為該第一鏡片與該第二鏡片之折射率(refraction index)。
4. 如申請專利範圍第1項所述之短聚光距二片式fθ鏡片，其中該目標物上最大光點的比值與在該目標物上最小光點的比值分別滿足 其中，S_a0與S_b0為該旋轉之多面鏡反射面上掃描光線的光點在一副掃描方向及主掃描方向之均 方根半徑、S_a與S_b為該旋轉多面鏡之反射面上掃描光線形成的任一個光點在副掃描方向及主掃描方向之均方根半徑、η_max為該旋轉多面鏡反射面上掃描光線的光點與掃描在該目標物上最大光點的比值、η_min為該旋轉多面鏡反射面上掃描光線的光點與掃描在該目標物上最小光點的比值。