[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，尤其涉及一种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，以实现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

目前激光束打印机(LBP：Laser Beam Print)所用的激光扫描装置(LSU：Laser Scanning Unit)利用高速旋转的多面镜(polygon mirror)，以用于操控激光束的扫描动作(laser beam scanning)，如美国专利US7079171、US6377293、US6295116，或如台湾专利I198966所述。其原理如下：利用半导体激光发出激光束(laser beam)，先经由准直镜(collimator)，再经由光圈(aperture)而形成平行光束，而平行光束再经过柱面镜(cylindrical lens)后，能够在副扫描方向(sub scanning direction)的Y轴上的宽度能沿着主扫描方向(main scanning direction)的X轴的平行方向平行聚焦而形成线状成像(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，其正好位于或接近于上述线状成像(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侧面，可为单件式镜片结构(single-element scanning lens)或为二件式镜片结构。该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镜片的激光束能够聚焦成椭圆型光点并投射在光接收面(photoreceptor drum，即成像面)上，并实现线性扫描(scanning linearity)的要求。然而，现有的激光扫描装置(LSU)在使用上会有下列问题：

(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)的功能，且精密度要求高，导致一般多面镜上反射面的镜面Y轴宽度极薄，因而现有技术的(LSU)中均需增设柱面镜(cylindrical lens)，以使激光束经过柱面镜能够聚焦成线(Y轴上成一点)而再投射于多面镜的反射镜上，从而导致组件成本的增加及组装作业的增加。

(3)由于现有的多面镜须高速旋转(如40000转/分)，导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)现有的LSU的组装结构中，投射至多面镜反射镜的激光束中心轴并没有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(off axis deviation)问题，相对增加fθ镜片的设计及制作上难度。

近年以来，为了改善现有的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)，用以取代现有的多面镜来操控激光束扫描。微机电反射镜为转矩振荡器(torsionoscillators)，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(LSU：laser scanning unit)，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，其驱动频率接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，其利用微机电反射镜取代现有的旋转式多面镜设置在LSU模块结构中的准直镜及fθ镜片之间，由此控制激光束的投射方向；或如日本专利JP 2006-201350等。所述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(harmonic motion)的方式为时间与角速度呈正弦关系，因此投射于微机电反射镜的光线经微机电反射镜反射后的反射角度θ与时间t的关系为：