[实用新型]微机电激光扫描装置的二片式fθ镜片

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种微机电激光扫描装置的二片式fθ镜片，尤其涉及用以修正呈简谐性运动的微机电反射镜而产生随时间成正弦关系的角度变化量，以达到激光扫描装置所要求的线性扫描效果的二片式fθ镜片。

背景技术

目前激光打印机LBP(Laser Beam Print)所使用的激光扫描装置(LSU：Laser Scanning Unit)，利用高速旋转的多面镜(polygon mirror)以操控激光束的扫描动作(1aser beam scanning)，如美国专利US7079171、US6377293、US6295116，或如台湾专利I198966所述。其原理如下简述：利用半导体激光器发出激光束(laser beam)，先经由准直镜(collimator)，再经由一光圈(aperture)而形成平行光束，而平行光束再经过柱面镜(cylindrical lens)之后，能在副扫描方向(sub scanning direction)的Y轴上的宽度沿着主扫描方向(main scanningdirection)的X轴的平行方向平行聚焦而形成线状图像(line image)，再投射至高速旋转的多面镜上，而多面镜上均匀连续设置有多面反射镜，其恰位于或接近于上述线状图像(line image)的焦点位置。通过多面镜控制激光束的投射方向，当连续的多个反射镜在高速旋转时可将射至反射镜上的激光束沿着主扫描方向(X轴)的平行方向以相同的转角速度(angular velocity)偏斜反射至fθ线性扫描镜片上，而fθ线性扫描镜片设置于多面镜旁侧，可为单件式镜片结构(single-element scanning lens)或为二件式镜片结构。此fθ线性扫描镜片的功能在于使经由多面镜上的反射镜反射而射入fθ镜片的激光束能聚焦成椭圆形光点并投射在光接收面(photoreceptor drum，即成像面)上，并达到线性扫描(scanning linearity)的要求。然而，已有激光扫描装置(LSU)在使用上会存在下列问题：

(1)、旋转式多面镜的制作难度高且价格不低，相对增加LSU的制作成本。

(2)、多面镜须具备高速旋转(如40000转/分)功能，精密度要求又高，以致一般多面镜上反射面的镜面Y轴宽度极薄，使已有LSU中均需增设柱面镜(cylindrical lens)以使激光束经过柱面镜能聚焦成线(Y轴上成一点)而再投射在多面镜的反射镜上，以致增加构件成本及组装作业流程。

(3)、已有多面镜须高速旋转(如40000转/分)，致旋转噪音相对提高，且多面镜从启动至工作转速须耗费较长时间，增加开机后的等待时间。

(4)、已有LSU的组装结构中，投射至多面镜反射镜的激光束中心轴并非正对多面镜的中心转轴，以致在设计相配合的fθ镜片时，需同时考虑多面镜的离轴偏差(offaxis deviation)问题，相对增加fθ镜片的设计及制作上麻烦。

近年以来，为了改善已有LSU组装结构的问题，目前市面上开发出一种摆动式(oscillatory)的微机电反射镜(MEMS mirror)，用以取代已有多面镜来操控激光束扫描。微机电反射镜为转矩振荡器(torsion oscillators)，其表层上附有反光层，可通过振荡摆动反光层，将光线反射而扫描，未来将可应用于成像系统(imaging system)、扫描仪(scanner)或激光打印机(laser printer)的激光扫描装置(laser scanning unit，简称LSU)，其扫描效率(Scanning efficiency)将可高于传统的旋转多面镜。如美国专利US6,844,951、US6,956,597，产生至少一个驱动信号，其驱动频率趋近多个微机电反射镜的共振频率，并以驱动信号驱动微机电反射镜以产生扫描路径、类似的还有美国专利US7,064,876、US7,184,187、US7,190,499、US2006/0113393；或如台湾专利TW M253133，其介于LSU模块结构中准直镜及fθ镜片之间，利用微机电反射镜取代已有旋转式多面镜，以控制激光束的投射方向；或如日本专利JP 2006-201350等。该微机电反射镜具有组件小，转动速度快，制造成本低的优点。然而由于微机电反射镜，在接收电压驱动后，将作简谐运动，且该简谐运动(harmonicmotion)的方式为时间与角速度呈正弦关系，而投射于微机电反射镜，其经反射后的反射角度θ与时间t的关系为：

θ(t)＝θ_s·sin(2π·f·t)(1)