[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，特别指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

目前激光束打印机LBP(Laser Beam Print)所用之激光扫描装置LSU(LaserScanning Unit)，是利用一高速旋转的多面镜来操控激光束的扫描动作，如美国专利US7079171、US6377293、US6295116，或如台湾专利I198966所述。其原理如下简述：半导体激光发出激光束，先经过准直镜，再经过光圈(aperture)而形成平行光束，而平行光束再经过柱面镜后，能在副扫描方向(Y轴)的宽度上沿着主扫描方向(X轴)的平行方向平行聚焦而形成一线状图像，再投射至一高速旋转之多面镜上，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之焦点位置。通过多面镜控制激光束的投射方向，当连续的复数个反射镜在高速旋转时可将射至一反射镜上的激光束沿看主扫描方向(X轴)的平行方向以同一角速度偏斜反射至一fθ线性扫描镜片上，而fθ线性扫描镜片被设置在多面镜一侧，可以是单件式(single-element)扫描镜片或者二件式(two-element)扫描镜片。此fθ线性扫描镜片的功能在于使经由多面镜的反射镜反射而射入fθ镜片的激光束能聚焦成一椭圆型光点并投射在一光接收面(即成像面)上，并达到线性扫描的要求。然而，传统的激光扫描装置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高，相对增加LSU的制作成本。

(2)、多面镜须具高速旋转(如40000转/分钟)功能，精密度要求又高，以致一般多面镜上反射面之镜面Y轴宽度极薄，传统LSU中均需增设一柱面镜以使激光束经过柱面镜能聚焦成一线(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)、传统多面镜须高速旋转(如40000转/分钟)，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)、传统LSU之组装结构中，投射至多面镜的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(off axis deviation)问题，相对增加fθ镜片之设计及制作上麻烦。

近年以来，为了改善传统LSU组装结构之问题，目前市面上开发出一种摆动式(oscillatory)的微机电反射镜(MEMS mirror)，用以取代传统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、扫描仪或激光打印机的激光扫描装置(简称LSU)，其扫描效率将可高于传统的旋转多面镜。如美国专利US6,844,951、US6,956,597(产生至少一个驱动讯号，其驱动频率趋近复数微机电反射镜的共振频率，并以一驱动讯号驱动微机电反射镜以产生一扫描路径)、US7,064,876、US7,184,187、US7,190,499、US2006/0113393；或如台湾专利TW M253133(在LSU模块结构中准直镜及fθ镜片之间，利用一微机电反射镜取代传统旋转式多面镜，从而控制激光束之投射方向)；或如日本专利JP 2006-201350等。此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，将做简谐运动(harmonic motion)，且此简谐运动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，其经反射后之反射角度θ与时间t的关系为：

θ(t)＝θ_s·sin(2π·f·t)                                (1)

其中：f为微机电反射镜的扫描频率；θ_s为激光束经微机电反射镜后，单边最大的扫描角度。

因此，在相同的时间间隔Δt下，所对应的反射角度系与时间成正弦函数变化，即在相同时间间隔Δt时，反射角度变化为：Δθ(t)＝θ_s·(sin(2π·f·t₁)-sin(2π·f·t₂))，而与时间呈非线性关系，亦即当此反射的光线以不同角度投射在目标物时，在相同时间间隔内所产生的光点距离间隔并不相同，而可能随时间递增或递减。