[发明专利]短聚光距二片式fθ镜片

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光扫描装置的短聚光距二片式fθ镜片，尤其涉及一种用于旋转多面镜(Polygon mirror)的激光扫描装置(Laser scanning unit)，具有短聚光距以缩小激光扫描装置体积的二片式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(laser beam scanning)，如美国专利US7,079,171、US6,377,293、US6,295,116，或如中国台湾专利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X轴上的宽度能沿着主扫描方向(main scanning direction)的Y轴的平行方向平行聚焦而形成线状图像(lineimage)，再投射至高速旋转多面镜(polygon mirror)上，而旋转多面镜上均匀连续设置有多面反射镜(reflection mirror)，其恰好位于或接近于上述线状图像(line image)的焦点位置。通过旋转多面镜控制激光束的投射方向，当旋转多面镜上连续排列的多个反射镜在高速旋转时可将射至其中之一反射镜上的激光束沿着主扫描方向(Y轴)的平行方向以同一转角速度(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旋转多面镜旁侧，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圆形(或椭圆型)光点并投射在光接收面(感光鼓photoreceptor drum，即成像面)上，并达到线性扫描(scanning linearity)的要求，如美国专利US4,707,085、US6,757,088；日本专利JP2004-294713等。然而，现有的fθ线性扫描镜片存在有下列问题：

(1)、由于旋转多面镜反射激光束时，投射至旋转多面镜反射镜上的激光束中心轴并非正对旋转多面镜的中心转轴，以致在设计fθ线性扫描镜片时，需同时考虑旋转多面镜的离轴偏差(reflection deviation)问题；在现有技术中使用以副扫描方向的光学补正来修正主扫描方向的光学补正的方法，如美国专利US5,111,219、US5,136,418、日本专利JP2756125等。但为使离轴偏差可以经由副扫描方向适当修正，则需要较长的焦距，此亦增加激光扫描装置的体积。

(2)、为使fθ线性扫描镜片的扫描光线在感光鼓上的光点的直径能符合使用规范要求，在现有技术中，常使用较长的焦距使成像质量较佳，甚至使用反射镜延伸成像的距离，如美国专利US2002/0063939；或使用三件式镜片如美国专利US2002/0030158、US5,086,350、日本专利JP63-172217；或使用制作困难的绕射镜片(diffraction lens)，如美国专利US2001/0009470、US5,838,480等；或使用具有反曲点(inflection point)的二件式镜片，如美国专利US5,111,219、US7,057,781、US6,919,993；或使用具有反曲点的单件式镜片，如日本专利JP04-50908。

(3)、对于小型打印机的使用而言，为缩小激光扫描装置LSU的体积，方法之一为缩短感光鼓上的成像距离，如美国专利US7,130,096等，以限制有效扫描距离(effective scanning range)与成像光学距离(optical length)的比值的方法缩短感光鼓上的成像距离并消除鬼影现象(ghost image)；美国专利US6,324,015使用限制旋转多面镜至感光鼓的距离(称聚光距，Focal Distance)与fθ镜片的焦距比值(d/f)，以缩短其距离，但以焦距为100mm为例，聚光距约为200mm；美国专利US6,933,961揭露限制最末光点(end ofthe scanning line)至fθ镜片光学面距离，但其最大扫描角度约为27.6度，尚不足以有效缩小聚光距。