TWM253133U - Structure improvement of laser scan unit - Google Patents

Description

M253133 四、創作說明（1) 【技術領域】 4 本創作係提供一種雷射掃目g裝置（L S U，L a s e r S c a η n i n g U η i t )之改良結構，尤指一種在準直鏡及f (9 -鏡片之間，利 用一可簡諳性運動（harmonic motion)之微機電（MEMS ， Micro Electronic Mechanical System)擺動式反射鏡 (MEMS oscillatory mirror)來控制雷射光束之投射方向， 使雷射掃瞄裝置（LSU )中可免除柱面鏡之設置，並簡化組裝 構件及增進掃目苗效率者。 【先前技術】 按’目前雷射光束掃瞒器LBP(Laser Beam Printer)之® 應用技術中，已包括有：美國US 5, 128, 795、US5, 162, 938 、US 5,329,399 、US 5,710,654 、US 5,757,533 、US 5,619 362 、US 5,721,631 、US 5,553,729 、US 5,111,219 、US 5, 995, 131，及日本4-50908、日本5-45580等多件專利，其 中’所使用之雷射掃瞒裝置LSU (Laser Scanning Unit)模 組大都是利用一高速旋轉（如4〇〇〇〇/min)之多面鏡 (polygon mirror )(如四或六面）以操控雷射光束之掃瞄 動作（laser beam scanning)，玆以一習用之雷射掃瞄裝置 (LSU ) 1說明一般LSU之結構型態及光學路徑如下：如第1、 1 A、1 B圖所示，以一半導體雷射丨〇作光源而發出雷射光束 翁 (laser beam) ’該雷射光束可先經一細孔（aper^ure) 11 再經過一準直鏡（collimator) 12，而準直鏡12可使雷射光 束形成平行光束，平行光束再經過一柱面鏡（cyl indr i cal

第6頁 M253133 四、創作說明（2)

lens ) 13，而該柱面鏡1 3主要作用係使前述平行光束在副掃 瞄方向（sub-major scanning direction)Y軸上之寬度能沿 著主掃瞄方向（major scanning direction)X軸（如箭頭所 示）之平行方向聚焦而形成一線狀成像（1 i n e i m a g e )(在 第1 B圖中聚焦成一點）；又利用一可高速旋轉之多面鏡 (polygonal mirror) 14，使其上均勻連續佈設之多面反射 面15恰位於或接近於上述線狀成像（iine image)之焦點位 置；而多面鏡1 4係用以控制雷射光束之投射方向，其上連續 之複數反射面1 5在高速旋轉時可將入射至反射面1 5上之雷射 光束沿著主掃瞄方向（X軸）之平行方向以同一轉角速度 (angular velocity )偏斜反射至一 f0鏡片16上；而該f<9 鏡片1 6係設置於多面鏡1 4旁側，可為單件式鏡片結構 (single— element scanning lens)如第1 圖所示，或為兩件 式鏡片結構（如US 5, 995，131專利圖所示），而藉f 0鏡片16 通常是使經由多面鏡1 4上反射面1 5而射入之雷射光束能聚焦 成一圓形光點並投射在一光接收面（photoreceptor drum) 17上，以達成線性掃瞄（scanning linearity)之要求；然 上述之習用雷射掃瞄裝置（L S U )在使用上會有下列問題： (1) 、習用LSU所使用之旋轉式多面鏡14 (polygon m i r r 〇 r )，製作難度高而價格不低，相對增加L S U之成本。

(2) 、由於習用多面鏡14須具高度旋轉（如4〇〇〇〇/min )功能，精密度要求又高，致一般多面鏡14上反射面15之之 鏡面Y轴寬度極薄，使習用LSU中均須增設一柱面鏡 (c y 1 i n d r i c a 1 1 e n s ) 1 3以使雷射光束經過該柱面鏡1 3能聚

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t 線（Y轴上成一點）而再投射在多面鏡1 4之鏡面1 5上， 致^加構件及組裝作業。 。） 驾用夕面鏡14須高度旋轉（如40000/min)，致旋 f =音相對提高，而且多面鏡1 4從啟動至工作轉速須耗費較 長日π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14反射面15 之雷射光束中心軸並非正對多面鏡丨4之中心轉軸，致在設計 相配合之f 6» -鏡片時，須同時考慮多面鏡丨4之離軸偏差問題 (deviation )，增加f 0 _鏡片之設計及製作上麻煩。 【内容】 故本創作主要目的乃在於提供一種雷射掃瞄裝置（LSU ，Laser Scanning Uni t )之改良結構，其係利用一微機電 (Micro Electronic Mechanic System)擺動式反射鏡 (MEMS oscillatory mirror)，以取代習用之旋轉式多面鏡 (polygon mirror)，使LSU模組中可免設置一使雷射光束能 在Y轴聚焦之柱面鏡，藉以簡化組裝構件，並避免旋轉噪音 及減少啟動時耗者。 本創作再一要目的乃在於提供一種雷射掃瞄裝置（LSU， L a s e r S c a η n i n g U n i t)之改良結構，其係利用該微機電擺動 式反射鏡（MEMS oscillatory mirror)之簡譜（harmonic) 運動方式，使掃瞄方向（scan direction)可雙向來回進行 ，使同一運轉速度之下，微機電擺動式反射鏡之雙向掃幅速 度可兩倍於多面鏡之單向掃幅速度，相對增加掃瞄頻率而增

M253133 沒、創作說明（4) 進掃瞄效率者。 本創作又一要目的乃在於提供一種雷射掃瞄裝置（LSU ，Laser Scanning Uni t )之改良結構，其中，可使雷射光 束中心軸正對該微機電反射鏡（Μ E M S m i r r 〇 r )之機械中心 (即反射鏡之擺動中心），藉以消除習用者多面鏡之離軸偏 差（deviation )，俾可簡化f 0 —鏡片之設計及製作。 為使本創作更加明確詳實，茲配合下列圖示將本創作之 結構及其技術特徵詳述如後： 【實施方式】 參考第2、2A、2B、2C圖所示，本創作雷射掃瞄裝置 (LSU，Laser Scanning Unit) 2，主要包括一半導體雷射 20、一準直鏡21、一微機電擺動式反射鏡（MEMS oscillatory mirror) 22、及一 f<9 鏡片 23，而其特徵在於 :利用該微機電擺動式反射鏡2 2以取代習用雷射掃瞄裝置 (LSU )中所使用之旋轉式多面鏡（polygon mirror)，使 半導體雷射20所發出之雷射光束可經過準直鏡21以形成平行 光束，而平行光束並不必再經過一枉面鏡（cylindrical lens )，而可直接投射至微機電擺動式反射鏡（MEMS oscillatory mirror)22上，而微機電擺動式反射鏡（MEMS oscillatory mirror) 22在某一擺動幅度下可進行簡諧運 動，藉以可控制該入射雷射光束之反射方向，使雷射光束反 射至位於旁側之f 6»鏡片23，而達成一雷射掃瞄裝置（LSU， Laser Scanning Unit)所要求之線性掃瞄（scanning

第9頁 M253133 四、創作說明（5) 1 inearity )功效。 . 症十對本創作雷射掃目苗裝置（LSU，Laser Scanning Uni七）2模組中該微機電擺動式反射鏡（MEMS osci 1 latory mirr〇r) 22所形成之簡諧（harmonic)運動方式，可利用兩 種方法來達成線性掃猫（s c a n n丨n g 1丨n e a『丨t y )之要求： (a) 、電子方面調整（electricai modulation):即 調整雷射之輸入訊號（input signal )，使其與該微機電擺 動式反射鏡（MEMS oscillatory mirror)22之簡諧運動 (harmonic motion )同步。 (b) 、光學方面調整（0ptiCal modulation):即針對 f 6» -鏡片予以改變設計（改變參數，將參數6»變為參數s i η 0 )，使f 0 -鏡片改變成一種” f s i η <9 -鏡片π ，以能配合該微 機電擺動式反射鏡（MEMS oscillatory mirror)22之簡諧運 動(harmonic motion ) 〇 而依目前電子技術或f 0 -鏡片之模造技術而言，上述 (a ) 、 （ b )兩種調整方法均能達成。 而本創作在一雷射掃瞄裝置（L SU )結構中利用一微機電 擺動式反射鏡（MEMS oscillatory mirror)22來取代習用之 旋轉式多面鏡（polygon mirror)，至少可達成下列優點： (1 )、在雷射掃瞄裝置（LSU )模組中不須再設置一柱 面鏡（cylindrical lens) ’可使f /9 -鏡片之光學設§十將更 堅固（more robust)且更高公差（higher tolerance) ° (2 )、雷射光束中心軸與微機電擺動式反射鏡之機械' 心不再有習用多面鏡（polygon mirror)之離軸偏差問題

第10頁 M253133 四、創作說明（6) ^ (deviation)，因此在設計f 0 —鏡片時，可只考慮對稱性光 學區域（symmetric optical field)，而可簡化-鏡片之 設計及製作。 (3 )、微機電擺動式反射鏡之簡諧運動（harm〇nic mot ion )啟動後可馬上達成工作轉速，幾乎沒有待機時間， 而且叮具較南運轉速度，甚至比多面鏡馬達m〇t〇r )使用氣式軸承馬達（a i r — b e a r i n g m 〇 t 〇 r )還高，故微機電 擺動式反射鏡微機電反射鏡之掃幅效率較佳。 (4 ) /微機電擺動式反射鏡之簡諧運動（harm〇nic motion )係在某一定擺動幅度丁之正反向擺動，使掃瞄方向 (scan direction)可雙向來回進行，致同一運轉速度之下 ，微機電擺動式反射鏡之雙向掃幅速度可兩 向掃幅速度、，相對增進掃幅效率。 夕面鏡之早 綜上所述，本創作的確能藉由上述所揭露之結構達到所 ” ί ί Ϊ:i本創作申請前未見於刊物亦未公開使用，誠 已付合專幻之新穎、進步等要件。

惟’ ί ΐ f揭之圖式及說明，僅為本創作之實施例而已 ，非為限疋本創作之實施例；大凡熟悉該項技藝之人士，JL 戶二本m ΐ徵範疇’所作之其它等效變化；修飾，皆^ 涵盍在以下本案之申請專利範圍内。

第11頁 M253133 圖式簡單說明 【圖式簡單說明】 第1圖：係習知一雷射掃瞄裝置模組之立體示意圖。 第1 A圖：係第1圖光學路徑之上視示意圖。 第1 B圖：係第1圖光學路徑之一侧視示意圖。 (第1A圖之垂直向視圖） 第2圖 ··係本創作雷射掃瞄裝置模組之立體示意圖。 第2 A圖：係第2圖光學路徑之上視示意圖。 第2 B圖：係第2圖光學路徑之一側視示意圖。 (第2A圖之垂直向視圖）。

第2 C圖：係本創作微機電擺動式反射鏡一實施之立體示意圖 【圖號簡單說明】 2 雷射掃目苗裝置（LSU，Laser Scanning Unit) 20 半導體雷射 2 1 準直鏡 22 微機電擺動式反射鏡（MEMS oscillatory mirror) 23 f 0鏡片

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Claims (1)

1. M253133 五、申請專利範圍 1 、一種雷射掃瞄裝置（LSU，Laser Scanning Unit)之改 良結構，主要包括一半導體雷射、一準直鏡、一微機電 擺動式反射鏡（MEMS oscillatory mirror)、及一f 0 -鏡片lens)，其係於準直鏡及ί0 -鏡片之間設置 一微機電擺動式反射鏡，藉以使半導體雷射所發出之雷 射光束經準直鏡鏡形成平行光束後，可直接投射至該微 機電擺動式反射鏡上，而藉該微機電擺動式反射鏡在某 一擺動幅度下進行簡諧運動，以控制該雷射光束之反射 方向而反射至f(9鏡片，而達成雷射掃瞄裝置所要求之 線性掃瞄效果者。 2、如申請專利範圍第1項所述雷射掃瞄裝置之改良結構，譬 其中於該準直鏡及該微機電擺動式反射鏡之間可免設置 一柱面鏡。 3 、如申請專利範圍第1項所述雷射掃瞄裝置之改良結構， 其中該雷射光束中心軸可對準該微機電擺動式反射鏡之 機械中心。 4、如申請專利範圍第1項所述雷射掃瞄裝置之改良結構， 其中該半導體雷射之輸入訊號（input signal)可作調 整，使其與該微機電擺動式反射鏡之簡諧運動同步者。 5 、如申請專利範圍第1項所述雷射掃瞄裝置之改良結構， 其中該f0 -鏡片可由一 fsin<9-鏡片取代，以配合該微籲 機電擺動式反射鏡之簡諧運動。 6 、如申請專利範圍第1項所述雷射掃瞄裝置之改良結構， 其中該f 0 -鏡片可為單件式鏡片結構（single-element

   第13頁 M253133 五、申請專利範圍 scanning lens)或為兩件式鏡片結構。 HIM