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JP3150839U - Two-piece fθ lens for microelectromechanical system laser beam detector - Google Patents

Two-piece fθ lens for microelectromechanical system laser beam detector Download PDF

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JP3150839U JP2009001485U JP2009001485U JP3150839U JP 3150839 U JP3150839 U JP 3150839U JP 2009001485 U JP2009001485 U JP 2009001485U JP 2009001485 U JP2009001485 U JP 2009001485U JP 3150839 U JP3150839 U JP 3150839U
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施柏源
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一品光学工業股▲ふん▼有限公司
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Abstract

【課題】微小電子機械システムレーザービーム走査装置の二片式fθレンズを提供する。【解決手段】第一レンズ131と第二レンズ132を有し、第一レンズはメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー側に設けて構成し、第二レンズはメニスカスまたは双凹型レンズより構成する。そのうち、第一レンズは第一光学面と第二光学面を有し、MEMS反射ミラーの反射角度と時間が非線型性関係の走査光線を距離と時間が線型性関係を有する走査光線スポット2に置き換える。第二レンズは第三光学面と第四光学面を有し、第一レンズの走査光線を修正した上、目標物に集光する。それに伴い、第一レンズと第二レンズとも特定の光学数式を満足し、第一レンズと第二レンズを設けることにより、線型性走査効果と高解析度を実現できる。【選択図】図3AA two-piece fθ lens for a microelectromechanical system laser beam scanning apparatus is provided. A first lens includes a first lens and a second lens. The first lens includes a concave surface of a meniscus on the MEMS reflection mirror side, and the second lens includes a meniscus or a biconcave lens. Among them, the first lens has a first optical surface and a second optical surface, and the scanning angle of the reflection angle and time of the MEMS reflecting mirror is changed to a scanning beam spot 2 having a relationship of distance and time having a linearity relationship. replace. The second lens has a third optical surface and a fourth optical surface, corrects the scanning light beam of the first lens, and condenses it on the target. Accordingly, both the first lens and the second lens satisfy specific optical formulas, and by providing the first lens and the second lens, a linear scanning effect and a high resolution can be realized. [Selection] Figure 3A

Description

本考案は一種の微小電子機械システムレーザービーム走査装置(以下、MEMS LSUを略する)の二枚式fθレンズに係わり、特に一種のMEMS反射ミラーの単振動を修正し、時間と正弦関係の角度変化量を形成して、レーザー走査装置(以下、LSUを略する)が要求する線型性走査効果の実現を図る二枚式fθレンズに係わる。   The present invention relates to a double fθ lens of a kind of microelectromechanical system laser beam scanning device (hereinafter abbreviated as MEMS LSU), and in particular, corrects a single vibration of a kind of MEMS reflection mirror, and an angle related to time and sine. The present invention relates to a double fθ lens that forms a change amount and realizes a linearity scanning effect required by a laser scanning device (hereinafter abbreviated as LSU).

現在、レーザービームプリンター(Laser Beam Printer,LBP)に使用されているレーザー走査装置(Laser Scanning unit)は高速回転するポリゴンミラー(polygon mirror)によって、レーザービーム走査(laser beam scanning)を行っている。その原理は、半導体レーザーよりレーザービーム(laser beam)を出射し、コリメータ(collimator)を経て、絞り装置(apeture)を通り抜けて、平行ビームを形成する。この平行ビームはさらに、円筒レンズ(cylindrical lens)を通り抜け、副走査方向(sub scanning direction)のY軸の幅は主走査方向(main scanning direction)のX軸の平行方向に沿って、線画像(line image)に集光した後に、高速回転するポリゴンミラーに投射させ、そのポリゴンミラー上は均一に、かつ連続した複数の反射ミラーで構成し、前記線画像(line image)の焦点位置上またはその焦点位置に近い場所に取り付けられている。ポリゴンミラーよりレーザービームの投射方向を制御することで、連続して設けられた複数の反射ミラーが高速回転しながら、反射ミラーに投射されたレーザービームを主走査方向(X軸)の平行方向に沿って、同じ角運動速度(angular velocity)にて、斜めにfθ線型性走査レンズ上に反射する。fθ線型性走査レンズはポリゴンミラーのそばに設けられた単片式(single−element scanninglens)または二枚式レンズ構造である。このfθ線型性走査レンズの機能は、ポリゴンミラーに備える反射ミラー上の反射によって、fθレンズに入射するレーザービームを楕円形スポットに収束した上、感光ドラム(photoreceptor drum、すなわち、結像面)上に投射し、走査線型性(scanning linearity)の要求に達成する。   Currently, a laser scanning unit used in a laser beam printer (Laser Beam Printer, LBP) performs laser beam scanning using a polygon mirror that rotates at high speed. The principle is that a laser beam is emitted from a semiconductor laser, passes through a collimator, passes through an aperture device, and forms a parallel beam. The parallel beam further passes through a cylindrical lens, and the width of the Y axis in the sub-scanning direction is a line image along the parallel direction of the X-axis in the main scanning direction (main scanning direction). line image) and then projected onto a polygon mirror that rotates at high speed. The polygon mirror is composed of a plurality of uniform and continuous reflecting mirrors, and the focal position of the line image (line image) or its It is mounted near the focal position. By controlling the projection direction of the laser beam from the polygon mirror, the laser beam projected on the reflection mirror is parallel to the main scanning direction (X axis) while a plurality of reflection mirrors provided continuously rotate at high speed. Along the same angular velocity, the light is reflected obliquely onto the fθ linear scanning lens. The fθ linear scanning lens is a single-element scanning lens structure or a two-lens lens structure provided near a polygon mirror. The function of this fθ linear scanning lens is that the laser beam incident on the fθ lens is converged to an elliptical spot by reflection on a reflection mirror provided in the polygon mirror, and then on a photosensitive drum (photoreceptor drum, ie, imaging plane). To achieve the scanning linearity requirement.

米国特許US6,844,951号US patent US6,844,951 米国特許US6,956,597号US patent US6,956,597 米国特許US7,064,876号US patent US7,064,876 米国特許US7,184,187号US Patent No. 7,184,187 米国特許US7,190,499号US Patent US 7,190,499 米国特許US2006/0113393号US Patent US2006 / 0113393 中華民国特許TW M253133号Taiwan patent TW M253133 日本国特許JP 2006-201350号Japanese Patent JP 2006-201350

しかしながら、公知技術のLSUは使用のときに、以下の課題が残っている。
イ 回転式ポリゴンミラーの製造が難しく、コストも高いため、LSUの生産費用がかかってしまう問題がある。
ロ ポリゴンミラーは高速回転(例えば、40000回転毎分)機能と、高い精密度が要求されている。このため、一般のポリゴンミラーは、反射面のレンズのY軸の幅がきわめて薄く作られていることによって、先行技術によるLSUは、すべて円柱レンズ(cylindrical lens)を追加して設けなければならない。この円柱レンズの作用は通過するレーザービームを一つ線画像(Y軸上の一点)に収束して、ポリゴンミラーの反射ミラーにふたたび投射していること。上記の経緯で構成素子の増量や組立作業の増加という問題がある。
ハ 先行技術のポリゴンミラーは高速回転(40000回転毎分)が要求されているため、回転騒音が高いほか、ポリゴンミラーは起動から稼働回転速度に安定するまでに時間が掛かり、始動後の待ち時間が長いという問題がある。
ニ 先行技術のLSUの組立構造中には、ポリゴンミラーの反射ミラーに投射するレーザービームの中心軸は多面鏡の中心軸に照準されていない。組み合わせるfθレンズの設計にあたり、ポリゴンミラーのオフ軸偏差(off axis deviation)の配慮が必要になってくる、fθレンズの設計と製造の手間がかかってしまう問題がある。
However, the following problems remain when using a known LSU.
(B) Since it is difficult to manufacture a rotary polygon mirror and the cost is high, there is a problem that the production cost of LSU is increased.
(2) The polygon mirror is required to have a high-speed rotation function (for example, 40,000 rotations per minute) and high precision. For this reason, since the general polygon mirror is made such that the Y-axis width of the lens on the reflecting surface is extremely thin, all LSUs according to the prior art must be provided with an additional cylindrical lens. The action of this cylindrical lens is to converge the passing laser beam into a single line image (one point on the Y axis) and project it again on the reflection mirror of the polygon mirror. Due to the above circumstances, there is a problem of increasing the number of components and increasing assembly work.
C Since the prior art polygon mirror requires high-speed rotation (40,000 rotations per minute), the rotation noise is high, and it takes time for the polygon mirror to stabilize from the start-up to the operating rotation speed. There is a problem that is long.
In the assembly structure of the LSU of the prior art, the central axis of the laser beam projected on the reflection mirror of the polygon mirror is not aimed at the central axis of the polygon mirror. In designing the fθ lens to be combined, there is a problem in that it takes time and labor to design and manufacture the fθ lens, which requires consideration of off-axis deviation of the polygon mirror.

近年には、先行技術のLSUの組立構造の問題点の改善を図るため、市場に一種の振動式(socillatory)MEMS反射ミラー(MEMS mirror)が開発され、先行技術のポリゴンミラーによるレーザービーム走査制御の代わりになる。MEMS反射ミラーはねじり発振器(torsion osillators)より構成し、その表面層に光反射層を有し、発振により光反射層が振動し、光線を反射して走査を行う。将来は結像システム(imaging system)、スキャナー(scanner)またはレーザープリンタ(laser printer)のLSUに応用でき、その走査効率(scanner efficiency)は従来の回転式ポリゴンミラーより優れるとみられる。米国特許US6,844,951号、US6,956,597号によると、少なくとも一つの駆動信号を生成し、その駆動周波数は複数のMEMS反射ミラーの共振周波数に近づけさせ、駆動信号によりMEMS反射ミラーを駆動して、走査パスを生成する仕組みが開示されている。さらに、米国特許US7,064,876号、US7,184,187号、US7,190,499号、US2006/0113393号、または中華民国特許TWM253133号によると、LSUモジュール構造のコリメータとfθレンズとの間に、MEMS反射ミラーを公知技術の回転式ポリゴンミラーに代えて、レーザービームの投射方向を制御する。そのほかに日本国特許JP2006-201350などがある。この種のMEMS反射ミラーは、素子が小さく、高回転速度、低生産コストの長所を有する。しかしながら、MEMS反射ミラーは電圧駆動の入力により、単振動が開始される。この単振動(harmonic motion)は時間と角速度が正弦関係であり、MEMS反射ミラーに投射して、反射後の反射角度θと時間tとの関係は、数式(1)に示すとおりである。

Figure 0003150839
In recent years, in order to improve the problems of the LSU assembly structure of the prior art, a sort of sociological MEMS reflection mirror (MEMS mirror) has been developed in the market, and laser beam scanning control by the prior art polygon mirror Instead of The MEMS reflection mirror is composed of torsion oscillators, and has a light reflection layer on its surface layer. The light reflection layer oscillates due to oscillation, and reflects light to perform scanning. In the future, it can be applied to LSUs of imaging systems, scanners or laser printers, and its scanning efficiency is expected to be superior to conventional rotating polygon mirrors. According to U.S. Pat.Nos. 6,844,951 and 6,956,597, at least one drive signal is generated, the drive frequency is made to approach the resonance frequency of a plurality of MEMS reflection mirrors, and the MEMS reflection mirror is driven by the drive signals, A mechanism for generating a scan path is disclosed. Furthermore, according to U.S. Pat. Instead of a known rotary polygon mirror, the projection direction of the laser beam is controlled. In addition, there are Japanese patent JP2006-201350. This type of MEMS reflection mirror has the advantages of small elements, high rotational speed, and low production cost. However, the MEMS reflection mirror starts simple vibration by voltage-driven input. The simple vibration (harmonic motion) has a sinusoidal relationship between time and angular velocity. The relationship between the reflection angle θ after reflection and the time t after being reflected on the MEMS reflection mirror is as shown in Equation (1).
Figure 0003150839

数式(1)において、fは、MEMS反射ミラーの走査周波数を、θSは、レーザービームがMEMS反射ミラーを通過した後、片側最大の走査角度をそれぞれ示す。よって、同じ時間間隔において、Δtの対応する反射角度と時間が正弦関数(Sinusoidal)の変化を形成する。すなわち、同じ時間間隔Δtにおける反射角度変化は、Δθ(t)=θs・(sin(2π・f・t1)-sin(2π・f・t2))のように時間とは非線型性関係を示す。反射された光線が様々な角度より目標物に投射されたとき、同じ時間間隔で形成されるスポット距離の間隔が異なり、時間に従い累増または累減にする。 In Equation (1), f indicates the scanning frequency of the MEMS reflecting mirror, and θ S indicates the maximum scanning angle on one side after the laser beam passes through the MEMS reflecting mirror. Thus, at the same time interval, the corresponding reflection angle and time of Δt form a sinusoidal change. In other words, the change in reflection angle at the same time interval Δt is nonlinear with time as Δθ (t) = θ s · (sin (2π · f · t 1 ) -sin (2π · f · t 2 )). Show the relationship. When the reflected light beam is projected onto the target from various angles, the interval of the spot distances formed at the same time interval is different and increases or decreases according to time.

一例として、MEMS反射ミラーの振動角度が正弦波の波峰と波谷におけるとき、それぞれの角度変化量は時間に従い累増または累減されることから、先行技術のポリゴンミラーの等角度回転運動方式とは異なる。そして、先行技術のfθレンズはMEMS反射ミラーを備えたLSUに取り付けると、MEMS反射ミラーより形成された角度変化量を修正できなく、結像面に投射されたレーザービームが非等速度走査現象となり、結像面の結像偏差を発生する。よって、MEMS反射ミラーから構成したLSUは微小電子機械レーザー走査装置(MEMS LSUと略する)、その特性は、レーザー光線がMEMS反射ミラーを経て走査した後に、同じ時間間隔で異なる角度の走査光線が形成される。それに伴い、MEMS LSU用のfθレンズに応用し、走査光線を修正した上、目標物上に正確に結像できる。その一例として、米国特許第US7,184187号には、多項式曲面(polynomialsurface)による主走査方向の角度変化が開示されている。しかしながら、レーザービーム断面は理想な微小円形ではなく、その断面は扁平状の楕円形であるため、主走査方向修正にとどまり、精度要求にはなお達成できていない。よって、主走査方向と副走査方向とともに走査光線が修正可能なfθレンズを開発するのは急務である。  As an example, when the vibration angle of the MEMS reflecting mirror is in the sine wave peak and wave trough, each angle change is increased or decreased according to time, which is different from the prior art polygon mirror equiangular rotational movement method. . When the prior art fθ lens is attached to an LSU equipped with a MEMS reflection mirror, the amount of change in angle formed by the MEMS reflection mirror cannot be corrected, and the laser beam projected on the imaging surface becomes an inconstant speed scanning phenomenon. The imaging deviation of the imaging plane is generated. Therefore, LSU composed of MEMS reflecting mirror is a micro electro mechanical laser scanning device (abbreviated as MEMS LSU), and its characteristic is that after the laser beam scans through the MEMS reflecting mirror, scanning light beams with different angles are formed at the same time interval Is done. Along with this, it is applied to an fθ lens for MEMS LSU to correct the scanning light beam and accurately form an image on the target. As an example, US Pat. No. 7,184,187 discloses a change in angle in the main scanning direction due to a polynomial surface. However, the cross section of the laser beam is not an ideal micro circle, and the cross section is a flat elliptical shape, so that only the main scanning direction is corrected, and the accuracy requirement is not yet achieved. Therefore, there is an urgent need to develop an fθ lens that can correct the scanning light beam in the main scanning direction and the sub-scanning direction.

前記二片式 fθレンズはMEMS反射ミラーから、メニスカスの凹面を前記MEMS反射ミラー側に設ける第一レンズと、メニスカスまたは双凹型レンズの第二レンズを順番に取り付けて構成する。メニスカスの第二レンズの凹面または凸面、どちらでもMEMS反射ミラー側に取り付けてよい。この二片式fθレンズは、MEMS反射ミラーによって、反射された走査光線を目標物に正確に結像させ、LSUの要求する線型性走査効果を実現できる、一種のMEMS LSUの二片式fθレンズを提供することを本考案の第一目的とする。  The two-piece fθ lens is constructed by sequentially attaching a first lens having a meniscus concave surface on the MEMS reflection mirror side and a second lens of a meniscus or biconcave lens, from a MEMS reflection mirror. Either the concave surface or the convex surface of the second lens of the meniscus may be attached to the MEMS reflecting mirror side. This two-piece fθ lens is a kind of MEMS LSU two-piece fθ lens that can accurately form the reflected scanning light beam on the target by the MEMS reflecting mirror and realize the linear scanning effect required by the LSU. It is the first object of the present invention to provide

目標物に投射されるスポット(spot)の面積を縮小することにより、高解像度効果の実現を図る、一種のMEMS LSUに適する二片式fθレンズを提供することを本考案の第二目的とする。  A second object of the present invention is to provide a two-piece fθ lens suitable for a kind of MEMS LSU, which achieves a high resolution effect by reducing the area of a spot projected on a target. .

走査光線が光軸外れによる主走査方向と副走査方向のずれ幅が増加し、目標物に結像のスポットが類楕円形に化ける問題のひずみ補正を処理した上、それぞれの結像スポットサイズを均一化させ、解像度品質効果向上の実現を図る、一種のMEMS LSUに適する二片式fθレンズを提供することを本考案の第三目的とする。  The deviation width between the main scanning direction and the sub-scanning direction due to the off-axis of the scanning light beam increases, and the distortion correction for the problem that the imaging spot on the target becomes an elliptical shape is processed. It is a third object of the present invention to provide a two-piece fθ lens suitable for a kind of MEMS LSU, which is made uniform and achieves an improvement in resolution quality effect.

よって、本考案のMEMS LSUに適する二片式fθレンズは、少なくともレーザービームを出射する光源と、共振により左右に振れながら光源より出射するレーザービームを走査光線に反射するMEMS反射ミラーで目標物に結像させる。レーザービームプリンタに実施するとき、この目標物は通常感光ドラム(drum)であり、すなわち、結像待ちのスポットはレーザービームを出射する光源から、MEMS反射ミラーによって左右に走査し、MEMS反射ミラーがレーザービームを反射して、走査光線を形成し、この走査光線は本考案のMEMS LSUに適する二片式fθレンズによって、角度と位置を修正した上、感光ドラム上にスポット(spot)が出来上がる。一方、感光ドラムに感光剤が塗布されているため、トーナを紙に寄せ集めて、データをプリントアウトする。  Therefore, the two-piece fθ lens suitable for the MEMS LSU of the present invention is a light source that emits at least a laser beam, and a MEMS reflection mirror that reflects the laser beam emitted from the light source while being swung left and right due to resonance to a scanning beam as a target. Make an image. When implemented in a laser beam printer, this target is usually a photosensitive drum (ie, a drum), that is, the spot waiting for image formation is scanned from the light source emitting the laser beam to the left and right by the MEMS reflection mirror. The laser beam is reflected to form a scanning beam. The scanning beam is corrected in angle and position by a two-piece fθ lens suitable for the MEMS LSU of the present invention, and a spot is formed on the photosensitive drum. On the other hand, since the photosensitive agent is applied to the photosensitive drum, the toner is gathered on the paper and the data is printed out.

本考案の二片式fθレンズは、MEMS反射ミラーから、第一レンズと第二レンズを含める。そのうち、第一レンズは、第一光学面と第二光学面を有し、単振動のMEMS反射ミラーが結像面におけるスポット間隔を時間により累減または累増する非等速度走査現象を等速度走査に修正して、レーザービームを結像面への投射が等速度走査を行う。第二レンズは、第三光学面と第四光学面を有し、走査光線は主走査方向と副走査方向において、光軸外れたことにより感光ドラム上に結像偏差の形成を均一化した上、第一レンズの走査光線を修正して目標物に集光させる。  The two-piece fθ lens of the present invention includes a first lens and a second lens from the MEMS reflecting mirror. Among them, the first lens has a first optical surface and a second optical surface, and a single-vibration MEMS reflection mirror performs constant-speed scanning of a non-constant-speed scanning phenomenon in which the spot interval on the imaging surface gradually decreases or increases with time. The laser beam is projected onto the imaging plane to perform constant velocity scanning. The second lens has a third optical surface and a fourth optical surface, and the scanning light beam is out of the optical axis in the main scanning direction and the sub-scanning direction, and the formation of an imaging deviation on the photosensitive drum is made uniform. The scanning light beam of the first lens is corrected and condensed on the target.

本考案によるMEMS LSUに適する二片式fθレンズは、MEMS反射ミラーによって、反射された走査ビームを目標物にて正確に結像させ、LSUの要求する線型性走査効果が実現できる。  The two-piece fθ lens suitable for the MEMS LSU according to the present invention can accurately form the reflected scanning beam on the target by the MEMS reflecting mirror, thereby realizing the linear scanning effect required by the LSU.

本考案の二片式fθレンズの光路概略図である。1 is a schematic diagram of an optical path of a two-piece fθ lens of the present invention. MEMS反射ミラーの走査角度θと時間tとの関係図である。FIG. 6 is a relationship diagram between a scanning angle θ of the MEMS reflection mirror and time t. メニスカスの凹面をMEMS反射ミラー側に設ける第一レンズとメニスカスの凹面をMEMS反射ミラーに設ける第二レンズの走査光線の光路図と符号説明図である。It is the optical path figure and code | symbol explanatory drawing of the scanning light of the 1st lens which provides the concave surface of a meniscus in the MEMS reflective mirror side, and the 2nd lens which provides the concave surface of a meniscus in a MEMS reflective mirror. メニスカスの凹面をMEMS反射ミラー側に設ける第一レンズと双凹型の第二レンズの走査光線の光路図と符号説明図である。It is the optical path figure and code | symbol explanatory drawing of the scanning ray of the 1st lens which provides the concave surface of a meniscus in the MEMS reflective mirror side, and a biconcave second lens. メニスカスの凹面をMEMS反射ミラー側に設ける第一レンズとメニスカスの凸面をMEMS反射ミラーに設ける第二レンズの走査光線の光路図と符号説明図である。It is the optical path figure and code | symbol explanatory drawing of the scanning light of the 1st lens which provides the concave surface of a meniscus in the MEMS reflective mirror side, and the 2nd lens which provides the convex surface of a meniscus in a MEMS reflective mirror. 走査光線を感光ドラムに投射された後、スポット面積が投射位置によって変化する態様図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which a spot area changes depending on a projection position after a scanning beam is projected onto a photosensitive drum. レーザービームのガウス分布図と光強度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the Gaussian distribution map of a laser beam, and light intensity. 実施例によるメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー側に設ける第一レンズとメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー側に設ける第2レンズの走査光線の光路図と符号説明図である。FIG. 6 is an optical path diagram and an explanatory diagram of scanning light beams of a first lens in which a concave surface of a meniscus according to an embodiment is provided on the MEMS reflection mirror side and a second lens in which a concave surface of the meniscus is provided on the MEMS reflection mirror side. 実施例によるメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー側に設ける第一レンズと双凹レンズからなる第二レンズの走査光線の光路図と符号説明図である。It is the optical path figure and code | symbol explanatory drawing of the scanning light of the 2nd lens which consists of the 1st lens which provides the concave surface of the meniscus by the Example at the MEMS reflective mirror side, and a biconcave lens. 実施例によるメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー側に設ける第一レンズとメニスカスの凸面からなる第二レンズの走査光線の光路図と符号説明図である。It is the optical path figure and code | symbol explanatory drawing of the scanning light of the 1st lens which provides the concave surface of the meniscus by the Example on the MEMS reflective mirror side, and the 2nd lens which consists of a convex surface of a meniscus. 実施例1によるスポット概略図である。FIG. 3 is a spot schematic diagram according to Example 1. 実施例2によるスポット概略図である。FIG. 6 is a spot schematic diagram according to Example 2. 実施例3によるスポット概略図である。FIG. 6 is a spot schematic diagram according to Example 3. 実施例4によるスポット概略図である。FIG. 6 is a spot schematic diagram according to Example 4. 実施例5によるスポット概略図である。FIG. 9 is a schematic spot view according to Example 5. 実施例6によるスポット概略図である。7 is a spot schematic diagram according to Example 6. FIG. 実施例7によるスポット概略図である。FIG. 10 is a spot schematic diagram according to Example 7. 実施例8によるスポット概略図である。FIG. 10 is a spot schematic diagram according to Example 8. 実施例9によるスポット概略図である。FIG. 10 is a spot schematic diagram according to Example 9. 実施例10によるスポット概略図である。FIG. 10 is a spot schematic diagram according to Example 10. 実施例11によるスポット概略図である。FIG. 14 is a spot schematic diagram according to Example 11. 実施例12によるスポット概略図である。FIG. 14 is a spot schematic diagram according to Example 12. 実施例13によるスポット概略図である。FIG. 14 is a spot schematic diagram according to Example 13. 実施例14によるスポット概略図である。FIG. 14 is a spot schematic diagram according to Example 14; 実施例15によるスポット概略図である。FIG. 18 is a spot schematic diagram according to Example 15. 実施例16によるスポット概略図である。18 is a spot schematic diagram according to Example 16. FIG.

図1には、本考案によるMEMS LSUの二片式fθレンズの光路の概略図を示す。本考案によるMEMS LSUの二片式fθレンズは、第一光学面131aと第二光学面131bを備えた第一レンズ131と、第三光学面132aと第四光学面132bを備えた第二レンズ132とを含め、MEMS LSUに適する。図示の通り、MEMS LSUは主にレーザー光源11、MEMS反射ミラー10、円柱レンズ16、二つの光電子センサー14a、14bと、感光体とする目標物とを含める。この図において、目標物は感光ドラム(drum)15によって実施する。レーザー光源11より発生するレーザービーム111は円柱レンズ16を通り抜けた後、MEMS反射ミラー10に投射される。MEMS反射ミラー10は共振により左右に振れながら、レーザービーム111を反射して、走査光線113a、113b、114a、114b、115a、115bとなる。そのうち、走査光線113a、113b、114a、114b、115a、115bはX方向における投影が副走査方向(sub scanning direction)を、Y方向における投影が主走査方向(main scanning direction)をそれぞれと称する。さらに、MEMS反射ミラー10の走査角度をθcと称する。  FIG. 1 shows a schematic diagram of an optical path of a MEMS LSU two-piece fθ lens according to the present invention. The MEMS LSU two-piece fθ lens according to the present invention includes a first lens 131 having a first optical surface 131a and a second optical surface 131b, and a second lens having a third optical surface 132a and a fourth optical surface 132b. 132 and suitable for MEMS LSU. As shown in the figure, the MEMS LSU mainly includes a laser light source 11, a MEMS reflecting mirror 10, a cylindrical lens 16, two optoelectronic sensors 14a and 14b, and a target to be a photoreceptor. In this figure, the target is implemented by a photosensitive drum (drum) 15. The laser beam 111 generated from the laser light source 11 passes through the cylindrical lens 16 and is then projected onto the MEMS reflection mirror 10. The MEMS reflection mirror 10 reflects the laser beam 111 while swinging left and right due to resonance, and becomes scanning light beams 113a, 113b, 114a, 114b, 115a, and 115b. Among them, the scanning rays 113a, 113b, 114a, 114b, 115a, and 115b are referred to as the sub-scanning direction in the projection in the X direction and the main scanning direction in the Y direction, respectively. Further, the scanning angle of the MEMS reflecting mirror 10 is referred to as θc.

MEMS反射ミラー10は単振動を行い、その運動角度は時間に対して正弦変化であり、図2に示す走査光線の出射角度と時間とは、非線型性関係である。図示された波峰a−a’と波谷b−b’、それぞれの振れ角はバンドa−bとa’−b’に比べて小さいことは明らかである。また、この角速度の不均衡現象は走査光線が感光ドラム15上の結像偏差の形成が原因となっている。よって、光電子センサー14a、14bをMEMS反射ミラー10の最大角度±θc範囲に取付け、そのはさみ角を±θpと称する。レーザービーム111はMEMS反射ミラー10によって、図2の波峰から反射される、このときは、図1の走査光線が115aの位置に相当する。続いて、光電子センサー14aが走査ビームを検出すると、MEMS反射ミラー10は+θp角度に振れていたことを表す。このときは、図1の走査光線114aの位置に相当する。そして、MEMS反射ミラー10の走査角度変化が図2のa点のとき、走査光線113aの位置に相当する。このとき、レーザー光源11は駆動によりレーザービーム111を出射する。さらに、走査ビームが図2のb点に来たときは、走査光線113bの位置に相当する。(±θn角度範囲において、レーザー光源11よりレーザービーム111出射に相当する)。引き続き、MEMS反射ミラー10が逆振動すると、バンドa’−b’も上記と同じような過程を経て、レーザー光源11が駆動されて、レーザービーム111を出射する。これで、一つのサイクルが完了する。  The MEMS reflection mirror 10 performs simple vibration, and its movement angle is a sine change with respect to time, and the emission angle of scanning light and time shown in FIG. 2 are in a non-linear relationship. It is apparent that the wave angle a-a 'and wave valley b-b' shown in the figure are smaller than the bands a-b and a'-b '. The angular velocity imbalance phenomenon is caused by the formation of an imaging deviation on the photosensitive drum 15 by the scanning light beam. Therefore, the photoelectric sensors 14a and 14b are attached within the range of the maximum angle ± θc of the MEMS reflecting mirror 10, and the scissor angle is referred to as ± θp. The laser beam 111 is reflected from the wave peak of FIG. 2 by the MEMS reflecting mirror 10, and at this time, the scanning light beam of FIG. 1 corresponds to the position 115a. Subsequently, when the optoelectronic sensor 14a detects the scanning beam, it indicates that the MEMS reflecting mirror 10 has been swung to the + θp angle. This corresponds to the position of the scanning light beam 114a in FIG. When the change in the scanning angle of the MEMS reflecting mirror 10 is point a in FIG. 2, this corresponds to the position of the scanning light beam 113a. At this time, the laser light source 11 emits a laser beam 111 by driving. Further, when the scanning beam reaches the point b in FIG. 2, it corresponds to the position of the scanning light beam 113b. (In the ± θn angle range, this corresponds to emission of the laser beam 111 from the laser light source 11). Subsequently, when the MEMS reflection mirror 10 vibrates in reverse, the band a′-b ′ also goes through the same process as described above, and the laser light source 11 is driven to emit the laser beam 111. This completes one cycle.

図1と図3A〜Cを参考して、以下に説明を述べる。図3A〜Cには、第一レンズ131と第二レンズ132を通り抜ける走査光線の光路図を示す。そのうち、±θnは有効走査角度で、MEMS反射ミラー10の回転角度が±θnに入ると、レーザー光源11は走査待ちのレーザービーム111を出射し、MEMS反射ミラー10を経て、反射された走査光線となる。走査光線は第一レンズ131を通り抜けるときは、第一レンズ131の第一光学面131a及び第二光学面131bの折射により、MEMS反射ミラー10より反射された距離と時間が非線型性関係の走査光線を距離と時間が線型性関係の走査光線に置き換える。引き続き、第一レンズ131と第二レンズ132を通り抜けた後は、第一レンズ131と第二レンズ132の第一光学面131a、第二光学面131b、第三光学面132a、第四光学面132bおよび各光学面の間隔から形成した集光効果によって、走査光線を感光ドラム15上に集光した上、感光ドラム15上に一列のスポット(spot)
2を形成し、感光ドラム15に投射する。なお、最遠距離にある2つのスポットの間隔は、有効走査ウィンドウ3という。そのうち、d1は、MEMS反射ミラー10から第一光学面131aの距離を、d2は、第一光学面131aから第二光学面131bの距離を、d3は、第二光学面131bから第三光学面132aの距離を、d4は、第三光学面132aから第四光学面132bの距離を、d5は、第四光学面132bから感光ドラム15の距離を、R1は、第一光学面131aの曲率半径(curvature)を、R2は、第二光学面131bの曲率半径を、R3は、第三光学面132aの曲率半径を、R4は、第四光学面132bの曲率半径をそれぞれ示す。
With reference to FIG. 1 and FIGS. FIGS. 3A to 3C show optical paths of scanning rays that pass through the first lens 131 and the second lens 132. Of these, ± θn is an effective scanning angle, and when the rotation angle of the MEMS reflecting mirror 10 enters ± θn, the laser light source 11 emits a laser beam 111 waiting for scanning, and the scanning beam reflected by the MEMS reflecting mirror 10 is reflected. It becomes. When the scanning light beam passes through the first lens 131, the distance and time reflected by the MEMS reflecting mirror 10 by the reflection of the first optical surface 131a and the second optical surface 131b of the first lens 131 have a nonlinear relationship. Replace the ray with a scanning ray with distance and time linearity relationship. Subsequently, after passing through the first lens 131 and the second lens 132, the first optical surface 131a, the second optical surface 131b, the third optical surface 132a, and the fourth optical surface 132b of the first lens 131 and the second lens 132. In addition, the scanning light beam is condensed on the photosensitive drum 15 by the light condensing effect formed from the interval between the optical surfaces, and then a row of spots on the photosensitive drum 15.
2 is projected onto the photosensitive drum 15. The interval between the two spots at the farthest distance is referred to as an effective scanning window 3. D1 is the distance from the MEMS reflecting mirror 10 to the first optical surface 131a, d2 is the distance from the first optical surface 131a to the second optical surface 131b, and d3 is the second optical surface 131b to the third optical surface. D4 is the distance from the third optical surface 132a to the fourth optical surface 132b, d5 is the distance from the fourth optical surface 132b to the photosensitive drum 15, and R1 is the radius of curvature of the first optical surface 131a. (Curvature), R2 represents the radius of curvature of the second optical surface 131b, R3 represents the radius of curvature of the third optical surface 132a, and R4 represents the radius of curvature of the fourth optical surface 132b.

図4には、走査光線を感光ドラム上に投射された後、スポット面積(spot area)が投射位置によって変化する態様図を示す。走査光線113cは光軸方向に沿って、第一レンズ131と第二レンズ132を通り抜けて、感光ドラム15に投射するときは、第一レンズ131と第二レンズ132への入射角度がゼロであるため、主走査方向に形成するシフト率もゼロである。よって、感光ドラム15上に結像されるスポット2aは類円形である。走査光線113aと113bは第一レンズ131及び第二レンズ132を通り抜けて、感光ドラム15に投射するとき、第一レンズ131及び第二レンズ132は光軸から形成するはさみ角がゼロでなく、主走査方向におけるシフト率もゼロでないため、主走査方向における投影の長さは走査光線111aから形成するスポットより大きい。このような現象では、副走査方向においても同様でり、走査光線111aからはずれた走査光線より形成するスポットもより大きくなる。このため、感光ドラム15上に結像するスポット2b、2cは類楕円形であり、かつスポット2b、2cの面積はスポット2aより大きい。そのうち、Sa0とSb0は、MEMS反射ミラー10の反射面上の走査光線のスポットが主走査方向(Y方向)と副走査方向(X方向)における長さを、図5に示すGaとGbは、走査光線のガウスビーム(Gaussian Beams)が光強度13.5%におけるY方向及びX方向のビーム半径をそれぞれ示す。ただし、図5には、Y方向のレーザービーム半径のみを説明している。 FIG. 4 shows an aspect diagram in which the spot area changes according to the projection position after the scanning beam is projected onto the photosensitive drum. When the scanning light beam 113c passes through the first lens 131 and the second lens 132 along the optical axis direction and is projected onto the photosensitive drum 15, the incident angle to the first lens 131 and the second lens 132 is zero. Therefore, the shift rate formed in the main scanning direction is also zero. Therefore, the spot 2a imaged on the photosensitive drum 15 is circular. When the scanning light beams 113a and 113b pass through the first lens 131 and the second lens 132 and are projected onto the photosensitive drum 15, the scissor angles formed from the optical axis of the first lens 131 and the second lens 132 are not zero. Since the shift rate in the scanning direction is not zero, the projection length in the main scanning direction is larger than the spot formed from the scanning light beam 111a. Such a phenomenon is the same in the sub-scanning direction, and the spot formed from the scanning light beam deviated from the scanning light beam 111a becomes larger. Therefore, the spots 2b and 2c imaged on the photosensitive drum 15 are elliptical, and the areas of the spots 2b and 2c are larger than the spot 2a. Of these, S a0 and S b0 are the lengths of the scanning light spot on the reflecting surface of the MEMS reflecting mirror 10 in the main scanning direction (Y direction) and the sub-scanning direction (X direction), respectively, and G a shown in FIG. G b indicates the beam radii in the Y direction and the X direction, respectively, when the Gaussian beam of the scanning light beam has a light intensity of 13.5%. However, FIG. 5 illustrates only the laser beam radius in the Y direction.

前述の通り、本考案の二片式fθレンズは、MEMS反射ミラー10より反射された走査光線と、ガウスビームの走査光線をひずみ(distortion)補正すると共に、時間−角速度との関係を時間−距離との関係に置き換える。主走査方向と副走査方向において、走査光線がX方向とY方向におけるレーザービーム半径は、fθレンズの各角度に所定の拡大率を経て、結像面にスポットを形成し、必要された解像度を提供する。  As described above, the two-piece fθ lens of the present invention corrects the distortion of the scanning beam reflected from the MEMS reflecting mirror 10 and the scanning beam of the Gaussian beam, and the relationship between time and angular velocity is time-distance. Replace with the relationship. In the main scanning direction and the sub-scanning direction, the scanning beam radii in the X and Y directions have a predetermined magnification at each angle of the fθ lens, form a spot on the image plane, and achieve the required resolution. provide.

前記の効果を達成するため、本考案の二片式fθレンズの第一レンズ131の第一光学面131aまたは第2二光学面131b、及び第二レンズ132の第三光学面132aまたは第四光学面132bそれぞれの主走査方向または副走査方向において、球面体曲面あるいは非球面体曲面設計することができる。ただし、非球面体曲面設計の際、下記の曲面方程式による。
1: アナモフィック方程式(Anamorphic equation)

Figure 0003150839
In order to achieve the above effect, the first optical surface 131a or the second second optical surface 131b of the first lens 131 of the two-piece fθ lens of the present invention, and the third optical surface 132a or the fourth optical surface of the second lens 132 are used. A spherical curved surface or an aspheric curved surface can be designed in the main scanning direction or the sub scanning direction of each of the surfaces 132b. However, when designing an aspherical curved surface, the following curved surface equation is used.
1: Anamorphic equation (Anamorphic equation)
Figure 0003150839

数式(2)で、Zは、レンズ上いずれかの点の光軸方向から原点の切平面までの距離(SAG)を、CとCは、それぞれX方向及びY方向の曲率(curvature)を、KxとKは、それぞれX方向及びY方向の円錐係数(Conic coefficient)を、A、B、CとDは、それぞれ回転対称部(rotationally symmetric portion)の4、6、8と10冪乗円錐変形係数(deformation from the conic)をA、B、CとDは、それぞれ回転非対称部(non−totationaly symmetric components)の4、6、8と10冪乗のC=C、Kx=Ky、かつ、A=B=C=D=0のときは、単一の非球面体に簡略化する。
2:トーリック方程式(Toric equation)

Figure 0003150839
Formulas in (2), Z is the distance from the optical axis direction of any point on the lens until the switching plane origin (SAG), C x and C y are respectively X and Y directions of the curvature (curvature) the, Kx and K y is the conical coefficient in the X and Y directions (conic coefficient), a R, B R, C R and D R are 4,6 respectively rotationally symmetrical part (rotationally symmetric portion), The 8 and 10th power cone thermic deformation coefficients A P , B P , C P and D P are the 4th, 6th, 8th and 10th powers of the non-totally symmetrical components, respectively. C x = C y, Kx = Ky, and, when a P = B P = C P = D P = 0 Simplifies the single aspheres.
2: Toric equation
Figure 0003150839

数式(3)で、Zは、レンズ上いずれかの点の光軸方向から原点切平面までの距離(SAG)を、CとCは、それぞれY方向とX方向の曲率(curvature)を、Kは、Y方向の円錐係数(Conic coefficient)を、B、B6、B8とB10は、4、6、8と10冪乗係数(4th〜10th order coefficients)の円錐変形係数(defomation from the conic)をそれぞれ示す。C=C、かつ、K=A=B=C=D=0のときは、単一の球面体に簡略化する。 In Equation (3), Z is the distance from the optical axis direction of any point on the lens to the origin switching plane (SAG), C y and C x are respectively Y and X directions of the curvature (curvature) , K y is the conic coefficient in the Y direction, and B 4 , B 6, B 8 and B 10 are the conical deformation coefficients of the fourth , sixth, eighth and tenth power coefficients (4th to 10th order coefficients). the conic). When C x = C y and K y = A P = B P = C P = D P = 0, it is simplified to a single spherical body.

走査光源を目標物上の結像面に等速度走査を維持し、例えば、二つの同じ時間間隔において、二つのスポット間隔を同じに維持することが考えられる。本考案による二片式fθレンズは走査光線113aから走査光線113bの間に、第一レンズ131及び第二レンズ132によって、走査光線は出射角度の修正を行い、同じ時間間隔を持つ二つの走査光線の出射角度修正により、結像の感光ドラム15上に形成される二つのスポット距離を同じにする。このため、本考案による二片式fθレンズはMEMS反射ミラー10によって、反射された走査光線113aから走査光線113bの間に、GaとGbとより小さいガウスビームを形成し集光させ、感光ドラム15上に小さいスポットを形成することができる。その上、本考案による二片式fθレンズは、感光ドラム15上に結像するスポットのサイズを均一化(ただし、解像度で要求された範囲に制限する)させ、最適な解像度効果が得られる。  It is conceivable that the scanning light source is kept in constant velocity scanning on the image plane on the target, for example, the two spot intervals are kept the same at two identical time intervals. In the two-piece fθ lens according to the present invention, the scanning light beam is corrected by the first lens 131 and the second lens 132 between the scanning light beam 113a and the scanning light beam 113b, and two scanning light beams having the same time interval are used. Thus, the two spot distances formed on the imaging photosensitive drum 15 are made the same. For this reason, the two-piece fθ lens according to the present invention forms and condenses Ga and Gb smaller Gaussian beams between the reflected scanning light beam 113a and the scanning light beam 113b by the MEMS reflecting mirror 10, and collects them. A small spot can be formed on the top. In addition, the two-piece fθ lens according to the present invention makes the size of the spot imaged on the photosensitive drum 15 uniform (however, it is limited to the range required by the resolution), and an optimal resolution effect is obtained.

図3A〜Cに示す通り、本考案の二片式fθレンズは、MEMS反射ミラー10から順番に、第一レンズ131と第二レンズ132とを含める。第一レンズ131はメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー10側に設けるレンズより構成し、この第一レンズ131は第一光学面131aと第二光学面131bを有し、MEMS反射ミラー10の反射角度と時間が非線型性関係の走査光線スポットを距離と時間が線型性関係を有する走査光線スポットに置き換える。一方、第二レンズ132は第三光学面132aと第四光学面132bを有し、第一レンズ131の走査光線スポットを修正して、感光ドラム15上に集光させる。この第二レンズ132は図3Aに示すメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー10側に設けるレンズなり、図3Bに示すメニスカの双凹レンズより構成するなり、または図3Cに示すメニスカスの凸面をMEMS反射ミラー10側に設けるレンズいずれの構造でもよい。これらの二片式fθレンズはMEMS反射ミラー10によって反射された走査光線を感光ドラム15に結像する。そのうち、第一光学面131a、第二光学面131b、第三光学面132aと、第四光学面132bが主走査方向において、少なくとも一つの非球面体から構成する光学面を有し、第一光学面131a、第二光学面131b、第三光学面132aと第四光学面132bは、副走査方向において、少なくとも一つの非球面体から構成する光学面を有する、または副走査方向において、すべて球面体から構成する光学面を取り付ける。  As shown in FIGS. 3A to 3C, the two-piece fθ lens of the present invention includes a first lens 131 and a second lens 132 in order from the MEMS reflecting mirror 10. The first lens 131 includes a lens having a meniscus concave surface on the MEMS reflection mirror 10 side. The first lens 131 includes a first optical surface 131a and a second optical surface 131b. The scanning light spot having a non-linear relationship in time is replaced with a scanning light spot having a linear relationship in distance and time. On the other hand, the second lens 132 has a third optical surface 132a and a fourth optical surface 132b, corrects the scanning light spot of the first lens 131, and condenses it on the photosensitive drum 15. The second lens 132 is a lens in which the concave surface of the meniscus shown in FIG. 3A is provided on the MEMS reflecting mirror 10 side, and is constituted by a biconcave lens of meniscus shown in FIG. 3B, or the convex surface of the meniscus shown in FIG. Any structure provided on the side may be used. These two-piece fθ lenses image the scanning light beam reflected by the MEMS reflection mirror 10 on the photosensitive drum 15. Among them, the first optical surface 131a, the second optical surface 131b, the third optical surface 132a, and the fourth optical surface 132b have an optical surface composed of at least one aspherical body in the main scanning direction, and the first optical surface The surface 131a, the second optical surface 131b, the third optical surface 132a, and the fourth optical surface 132b have an optical surface composed of at least one aspherical body in the sub-scanning direction, or all spherical bodies in the sub-scanning direction. Attach an optical surface consisting of

図3Aに示す二片式fθレンズは、第一レンズ131と第二レンズ132から構成する。光学効果上、本考案による二片式fθレンズの主走査方向において、さらに下記の数式(4),(5)をそれぞれ満足する。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
もしくは、主走査方向において、数式(6)の条件を満足する。
Figure 0003150839
かつ、副走査方向において、数式(7)の条件を満足する。
Figure 0003150839
The two-piece fθ lens shown in FIG. 3A includes a first lens 131 and a second lens 132. In terms of optical effects, the following numerical expressions (4) and (5) are further satisfied in the main scanning direction of the two-piece fθ lens according to the present invention.
Figure 0003150839
Figure 0003150839
Alternatively, the condition of Formula (6) is satisfied in the main scanning direction.
Figure 0003150839
In addition, the condition of Expression (7) is satisfied in the sub-scanning direction.
Figure 0003150839

数式(4),(6)中で、f(1)Yは、第一レンズ131の主走査方向の焦点距離を、数式(5),(6)中で、f(2)Yは、第二レンズ132の主走査方向の焦点距離を、数式(4)中で、d3は、θ=0°における第一レンズ131の感光ドラム15側の光学面から第二レンズ132のMEMS反射ミラー10側の光学面までの距離を、d4は、θ=0°における第二レンズ132の厚みを、数式(4),(5)中でd5は、θ=0°における第二レンズ132の感光ドラム15側の光学面から感光ドラム15までの距離を、数式(6),(7)中で、fsは、二片式fθレンズの復号焦点距離を、数式(7)中で、Rixは第i光学面の副走査方向の曲率半径を、数式(6)中で、nd1とnd2は、第一レンズ131と第二レンズ132の屈折率(refraction index)をそれぞれ示す。 In equations (4) and (6), f (1) Y represents the focal length of the first lens 131 in the main scanning direction, and in equations (5) and (6), f (2) Y represents the first The focal length of the two lenses 132 in the main scanning direction is expressed by the following formula (4): d 3 is the MEMS reflecting mirror 10 of the second lens 132 from the optical surface on the photosensitive drum 15 side of the first lens 131 at θ = 0 °. D 4 is the thickness of the second lens 132 at θ = 0 °, and d 5 is the thickness of the second lens 132 at θ = 0 ° in equations (4) and (5). the distance from the optical surface of the photosensitive drum 15 side to the photosensitive drum 15, the formula (6), in (7), fs is the decoding focal length of the two pieces type fθ lens, in equation (7), R ix the radius of curvature in the sub-scanning direction of the i-th optical surface, in equation (6), n d1 and n d2 includes a first lens 131 refractive index of the second lens 132 (refraction i dex) are shown, respectively.

なお、本考案の図3Aによる二片式fθレンズが形成するスポットが均一化されているため、最大スポットと最小スポットの比例値はδに示す通り、数式(8)の条件をそれぞれ満足する。

Figure 0003150839
Since the spot formed by the two-piece fθ lens according to FIG. 3A of the present invention is made uniform, the proportional value of the maximum spot and the minimum spot satisfies the condition of Expression (8) as shown by δ.
Figure 0003150839

さらに、本考案の図3Aによる二片式fθレンズが形成する解像度は、ηmaxは、MEMS反射ミラー10の反射面上の走査光線のスポットを感光ドラム15上に走査された最大比例値を、ηminは、MEMS反射ミラー10の反射面上の走査光線のスポットを感光ドラム15上に走査された最小比例値をそれぞれ表すことにより、数式(9)と数式(10)の条件をそれぞれ満足する。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
Further, the resolution formed by the two-piece fθ lens according to FIG. 3A of the present invention is η max is the maximum proportional value obtained by scanning the spot of the scanning beam on the reflecting surface of the MEMS reflecting mirror 10 on the photosensitive drum 15, η min represents the minimum proportional value obtained by scanning the spot of the scanning beam on the reflecting surface of the MEMS reflecting mirror 10 onto the photosensitive drum 15, thereby satisfying the conditions of the equations (9) and (10). .
Figure 0003150839
Figure 0003150839

数式(9),(10)中で、SaとSbは、感光ドラム15上の走査光線より形成するスポットの主走査方向と副走査方向における長さを(図4参照)、δは、感光ドラム15上最小スポットと最大スポットの比例値を、Sa0とSb0は、MEMS反射ミラー10の反射面上の走査光線のスポットの主走査方向と副走査方向における長さをそれぞれ示す。 In Equations (9) and (10), S a and S b are the lengths in the main scanning direction and the sub scanning direction of the spot formed from the scanning light beam on the photosensitive drum 15 (see FIG. 4), and δ is Proportional values of the minimum spot and the maximum spot on the photosensitive drum 15, S a0 and S b0 indicate the lengths of the spot of the scanning light beam on the reflection surface of the MEMS reflection mirror 10 in the main scanning direction and the sub scanning direction, respectively.

図3Bに示すような二片式fθレンズは、第一レンズ131と第二レンズ132から構成する。光学効果上、本考案により二片式fθレンズの主走査方向において、さらに数式(11),(12)の条件をそれぞれ満足する。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
もしくは、主走査方向において、数式(13)の条件を満足する。
Figure 0003150839
かつ、副走査方向において、数式(14)の条件を満足する。
Figure 0003150839
A two-piece fθ lens as shown in FIG. 3B includes a first lens 131 and a second lens 132. In terms of optical effects, the present invention further satisfies the conditions of equations (11) and (12) in the main scanning direction of the two-piece fθ lens.
Figure 0003150839
Figure 0003150839
Alternatively, the condition of Expression (13) is satisfied in the main scanning direction.
Figure 0003150839
In addition, the condition of Expression (14) is satisfied in the sub-scanning direction.
Figure 0003150839

さらに、本考案の図3Bによる二片式fθレンズより形成されるスポットの均一化から、走査光線が感光ドラム15上のレーザービームサイズの最大値と最小値との比例値δで表すことにより数式(15)の条件を満足する。

Figure 0003150839
この二片式fθレンズによって形成される解像度は、数式(16),(17)の条件をそれぞれ満足する。
Figure 0003150839
Figure 0003150839
Further, since the spot formed by the two-piece fθ lens according to FIG. 3B of the present invention is made uniform, the scanning beam is expressed by a proportional value δ between the maximum value and the minimum value of the laser beam size on the photosensitive drum 15. The condition (15) is satisfied.
Figure 0003150839
The resolution formed by this two-piece fθ lens satisfies the conditions of equations (16) and (17), respectively.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

図3Cに示す二片式fθレンズは、第一レンズ131と第二レンズ132から構成する。光学効果上、本考案による二片式fθレンズの主走査方向において、さらに数式(18),(19)の条件をそれぞれ満足する。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
もしくは、主走査方向において、数式(20)の条件を満足する。
Figure 0003150839
かつ、副走査方向において、数式(21)の条件を満足する。
Figure 0003150839
The two-piece fθ lens shown in FIG. 3C includes a first lens 131 and a second lens 132. In terms of optical effect, the conditions of the equations (18) and (19) are further satisfied in the main scanning direction of the two-piece fθ lens according to the present invention.
Figure 0003150839
Figure 0003150839
Alternatively, the condition of Expression (20) is satisfied in the main scanning direction.
Figure 0003150839
In addition, the condition of Expression (21) is satisfied in the sub-scanning direction.
Figure 0003150839

さらに、この二片式fθレンズより形成されるスポットの均一化から、走査光線が感光ドラム15上のレーザービームサイズの最大値と最小値の比例値をδで表すことにより数式(22)の条件を満足する。

Figure 0003150839
この二片式fθレンズによって形成される解像度は、数式(23),(24)の条件をそれぞれ満足する。
Figure 0003150839
Figure 0003150839
Further, since the spot formed by the two-piece fθ lens is made uniform, the proportional value between the maximum value and the minimum value of the laser beam size on the photosensitive drum 15 by the scanning light beam is represented by δ, so that the condition of Equation (22) is satisfied. Satisfied.
Figure 0003150839
The resolution formed by this two-piece fθ lens satisfies the conditions of equations (23) and (24), respectively.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

本考案による構造と技術特徴をより確実にするため、好ましい実施例を以下の図式と合わせて詳細説明する。   In order to ensure the structure and technical features of the present invention, a preferred embodiment will be described in detail with reference to the following diagrams.

本考案以下に開示される実施例は、本考案によるMEMS LSUの二片式fθレンズの主要構成素子の説明を目的とする。よって、本考案以下に開示される実施例は通常のMEMS LSUにも応用できるが、一般のMEMS LSUにおいて、本考案で開示される二片式fθレンズ以外の構造は、公知技術であるため、この技術分野における通常の知識を有する者は、本考案によるMEMS LSUに適する二片式fθレンズの構成素子は、以下に開示される実施例の構造に限られないことを理解できる。つまり、このMEMS
LSUの二片式fθレンズの各構成素子は様々な改変、修正、ないし、等効果変化ができる。一例として、第一レンズ131と第二レンズ132の曲率半径または面形の設計、材質選択、間隔調整などは制限されないものとする。
The embodiments disclosed below are intended to illustrate the main components of a MEMS LSU two-piece fθ lens according to the present invention. Therefore, the embodiments disclosed below of the present invention can also be applied to ordinary MEMS LSUs. However, in general MEMS LSUs, structures other than the two-piece fθ lens disclosed in the present invention are known techniques. Those skilled in the art can understand that the components of the two-piece fθ lens suitable for the MEMS LSU according to the present invention are not limited to the structures of the embodiments disclosed below. In other words, this MEMS
Each component of the LSU two-piece fθ lens can be variously modified, modified, or changed in effect. As an example, it is assumed that the radius of curvature or surface shape design, material selection, and spacing adjustment of the first lens 131 and the second lens 132 are not limited.

図3Aと図6Aに示す本実施例による二片式fθレンズの第一レンズ131と第二レンズ132ともメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー10側に設けて構成する。第一レンズ131の第一光学面131a、第二レンズ132の第四光学面132bを非球面体とし、数式(2)の非球面体公式によって設計し、第一レンズ131の第二光学面131bと第二レンズ132の第三光学面132aを非球面体とし、数式(2)の非球面体公式によって設計する。その光学特性と非球面体のパラメータは、表1と表2に示すとおりである。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
Both the first lens 131 and the second lens 132 of the two-piece fθ lens according to this embodiment shown in FIGS. 3A and 6A are configured by providing the concave surface of the meniscus on the MEMS reflection mirror 10 side. The first optical surface 131a of the first lens 131 and the fourth optical surface 132b of the second lens 132 are aspherical bodies, designed by the aspherical surface formula of Formula (2), and the second optical surface 131b of the first lens 131 is designed. The third optical surface 132a of the second lens 132 is an aspherical body and is designed by the aspherical surface formula of Formula (2). The optical characteristics and aspherical parameters are as shown in Tables 1 and 2.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

これによる構成された二片式fθレンズの光学面、f(1)Y=152.84(mm)、f(2)Y=-132.768
(mm)は走査光線を距離と時間が線型性関係の走査光線スポットに置き換えた上、MEMS反射ミラー10上のスポットSa0=154.6(μm)、Sb0=3587.48(μm)は走査を経て、走査光線を形成して、感光ドラム15上に収束して、小さいスポットに形成して、表3に示す数式(4)〜(10)の条件を満足する。感光ドラム15上における中心軸z軸がY方向での中心軸Yとの距離(mm)までのスポットのガウスビームからなる幾何スポット(Geometrical Spot)の最大直径(μm)は表4に示す。さらに、本実施例によるスポット分布図は図7に示すように単位円直径は0.05mmとする。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
The optical surface of the two-piece fθ lens constructed by this, f (1) Y = 152.84 (mm), f (2) Y = -132.768
(mm) replaces the scanning beam with a scanning beam spot having a linear relationship between distance and time, and the spot S a0 = 154.6 (μm) and S b0 = 3587.48 (μm) on the MEMS reflecting mirror 10 are scanned. A scanning beam is formed, converged on the photosensitive drum 15 and formed into a small spot, and the conditions of the mathematical expressions (4) to (10) shown in Table 3 are satisfied. Table 4 shows the maximum diameter (μm) of a geometrical spot (Geometric Spot) composed of a Gaussian beam of a spot up to the distance (mm) from the central axis z-axis on the photosensitive drum 15 to the central axis Y in the Y direction. Further, in the spot distribution diagram according to the present embodiment, the unit circle diameter is 0.05 mm as shown in FIG.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

図3Aと図6Aに示すように本実施例による二片式fθレンズの第一レンズ131と第二レンズ132ともメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー10側に設けて構成する。第一レンズ131の第一光学面131aを非球面体とし、数式(3)の非球面体公式によって設計し、第一レンズ131の第二光学面131bと第二レンズ132の第三光学面132aを非球面体とし、数式(2)の非球面体公式によって設計する。なお、第二レンズ132の第四光学面132bを球面体とする。その光学特性と非球面体のパラメータは、表5と表6に示すとおりである。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
As shown in FIGS. 3A and 6A, the first lens 131 and the second lens 132 of the two-piece fθ lens according to this embodiment are configured by providing a concave surface of the meniscus on the MEMS reflection mirror 10 side. The first optical surface 131a of the first lens 131 is an aspherical body, designed by the aspherical surface formula of Formula (3), and the second optical surface 131b of the first lens 131 and the third optical surface 132a of the second lens 132 are designed. Is an aspherical body, and is designed by the aspherical surface formula of Equation (2). The fourth optical surface 132b of the second lens 132 is a spherical body. The optical characteristics and the parameters of the aspherical body are as shown in Tables 5 and 6.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

これによる構成された二片式fθレンズの光学面、f(1)Y=750.157(mm)、f(2)Y=-12420.515(mm)は走査光線を距離と時間が線型性関係の走査光線スポットに置き換えた上、MEMS反射ミラー10上のスポットSa0=14.27(μm)、Sb0=3027.158(μm)は走査を経て、走査光線を形成して、感光ドラム15上に収束して、小さいスポットに形成して、表7に示す数式(4)〜(10)の条件を満足する。感光ドラム15上における中心軸z軸がY方向での中心軸Yとの距離(mm)までのスポットのガウスビームからなる幾何スポットの最大直径(μm)は表8に示す。さらに、本実施例によるスポット分布図を図8に示すように単位円直径は0.05mmとする。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
The optical surface of the two-piece fθ lens constructed in this way, f (1) Y = 750.157 (mm), f (2) Y = -12420.515 (mm) The spots S a0 = 14.27 (μm) and S b0 = 3027.158 (μm) on the MEMS reflecting mirror 10 after scanning are formed by scanning to form a scanning beam and converge on the photosensitive drum 15 to be small. It forms in a spot and the conditions of numerical formula (4)-(10) shown in Table 7 are satisfied. Table 8 shows the maximum diameter (μm) of the geometric spot composed of the Gaussian beam of the spot up to the distance (mm) between the central axis z-axis on the photosensitive drum 15 and the central axis Y in the Y direction. Further, as shown in the spot distribution diagram of this embodiment as shown in FIG. 8, the unit circle diameter is 0.05 mm.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

図3Aと図6Aに示すように本実施例による二片式fθレンズの第一レンズ131と第二レンズ132ともメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー10側に設けて構成する。第一レンズ131の第一光学面131aと第二レンズ132の第四光学面132bの副走査方向を球面体とし、第一レンズ131の第二光学面131bと第二レンズ132の第三光学面132aを非球面体とし、数式(2)の非球面体公式によって設計する。なお、第一レンズ131の第一光学面131aと第二レンズ132の第四光学面132bの主走査方向を非球面体とし、数式(3)の非球面体公式によって設計する。その光学特性と非球面体のパラメータは、表9と表10に示すとおりである。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
As shown in FIGS. 3A and 6A, the first lens 131 and the second lens 132 of the two-piece fθ lens according to this embodiment are configured by providing a concave surface of the meniscus on the MEMS reflection mirror 10 side. The sub-scanning direction of the first optical surface 131a of the first lens 131 and the fourth optical surface 132b of the second lens 132 is a spherical body, the second optical surface 131b of the first lens 131 and the third optical surface of the second lens 132. 132a is an aspherical body and is designed by the aspherical surface formula of Formula (2). Note that the main scanning direction of the first optical surface 131a of the first lens 131 and the fourth optical surface 132b of the second lens 132 is an aspherical body, and is designed by the aspherical surface formula of Equation (3). The optical characteristics and aspherical parameters are as shown in Tables 9 and 10.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

これによる構成された二片式fθレンズの光学面と光路図は、図9に示す。f(1)Y=4831.254(mm)、f(2)Y=-559.613(mm)によって、走査光線を距離と時間が線型性関係の走査光線スポットに置き換えた上、MEMS反射ミラー10上のスポットSa0=14.488(μm)、Sb0=2800.64(μm)は走査を経て、走査光線を形成して、感光ドラム15上に収束して、小さいスポットに形成して、表11に示す数式(4)〜(10)の条件を満足する。感光ドラム15上における中心軸z軸がY方向での中心軸Yとの距離(mm)までのスポットのガウスビームからなる幾何スポットの最大直径(μm)を表12に示す。さらに、本実施例によるスポット分布図を図9に示すように単位円直径は0.05mmとする。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
The optical surface and optical path diagram of the two-piece fθ lens constructed as described above are shown in FIG. The scanning light beam is replaced with a scanning light beam spot having a linear relationship between distance and time by f (1) Y = 4831.254 (mm) and f (2) Y = -559.613 (mm), and then the spot on the MEMS reflecting mirror 10 S a0 = 14.488 (μm) and S b0 = 2800.64 (μm) are scanned to form a scanning beam, converge on the photosensitive drum 15 to form a small spot, and the formula (4) shown in Table 11 ) To (10) are satisfied. Table 12 shows the maximum diameter (μm) of the geometric spot formed by the Gaussian beam of the spot up to the distance (mm) from the central axis z-axis on the photosensitive drum 15 to the central axis Y in the Y direction. Furthermore, as shown in the spot distribution chart of this embodiment in FIG. 9, the unit circle diameter is 0.05 mm.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

図3Aと図6Aに示すように本実施例による二片式fθレンズの第一レンズ131と第二レンズ132ともメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー10側に設けて構成する。第一レンズ131の第一光学面131aと第二レンズ132の第四光学面132bを非球面体とし、数式(3)の非球面体公式によって設計し、第一レンズ131の第二光学面131bと第二レンズ132の第三光学面132aを非球面体とし、数式(2)の非球面体公式によって設計する。その光学特性と非球面体のパラメータは、表13と表14に示すとおりである。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
As shown in FIGS. 3A and 6A, the first lens 131 and the second lens 132 of the two-piece fθ lens according to this embodiment are configured by providing a concave surface of the meniscus on the MEMS reflection mirror 10 side. The first optical surface 131a of the first lens 131 and the fourth optical surface 132b of the second lens 132 are aspherical bodies, designed by the aspherical surface formula of Formula (3), and the second optical surface 131b of the first lens 131 is designed. The third optical surface 132a of the second lens 132 is an aspherical body and is designed by the aspherical surface formula of Formula (2). The optical characteristics and aspherical parameters are as shown in Table 13 and Table 14.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

これによる構成された二片式fθレンズの光学面と光路図は、図11に示す。f(1)Y=199.885(mm)、f(2)Y=-162.471(mm)によって、走査光線を距離と時間が線型性関係の走査光線スポットに置き換えた上、MEMS反射ミラー10上のスポットSa0=14.374(μm)、Sb0=2917.652(μm)は走査を経て、走査光線を形成して、感光ドラム15上に収束して、小さいスポットに形成して、表15に示す数式(4)〜(10)の条件を満足する。感光ドラム15上における中心軸z軸がY方向での中心軸Yとの距離(mm)までのスポットのガウスビームにからなる幾何スポットの最大直径(μm)を表16に示す。さらに、本実施例によるスポット分布図を図10に示すように、単位円直径は0.05mmとする。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
FIG. 11 shows an optical surface and an optical path diagram of the two-piece type fθ lens configured as described above. By using f (1) Y = 199.885 (mm) and f (2) Y = -162.471 (mm), the scanning light beam is replaced with a scanning light beam spot having a linear relationship between distance and time, and then a spot on the MEMS reflecting mirror 10 S a0 = 14.374 (μm) and S b0 = 2917.652 (μm) are scanned to form a scanning beam, converge on the photosensitive drum 15 to form a small spot, and the formula (4) shown in Table 15 ) To (10) are satisfied. Table 16 shows the maximum diameter (μm) of the geometric spot formed by the Gaussian beam of the spot up to the distance (mm) from the central axis z-axis on the photosensitive drum 15 to the central axis Y in the Y direction. Further, as shown in the spot distribution diagram of this embodiment in FIG. 10, the unit circle diameter is 0.05 mm.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

図3Bと図6Bを参照する。そのうち、図6Bは本考案の実施例において、走査光線が第一レンズ131と第二レンズ132を通り抜ける光路図である。本実施例において、二片式fθレンズの第一レンズ131と第二レンズ132を含め、第一レンズ131は、メニスカスの凹面をMEMS反射ミラー10側に設けるレンズからなり、第二レンズ132は、双凹レンズより構成し、第一レンズ131の第一光学面131aと第二光学面131b、第二レンズ132の第三光学面132aと、第四光学面132bとも非球面体である。数式(2)の非球面体の公式に基づいて設計する。その光学特性と非球面体のパラメータは、表17と表18に示すとおりである。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
Please refer to FIG. 3B and FIG. 6B. 6B is an optical path diagram through which the scanning beam passes through the first lens 131 and the second lens 132 in the embodiment of the present invention. In the present embodiment, the first lens 131 including the first lens 131 and the second lens 132 of the two-piece fθ lens is composed of a lens having a concave surface of the meniscus on the MEMS reflecting mirror 10 side, and the second lens 132 is The first optical surface 131a and the second optical surface 131b of the first lens 131, the third optical surface 132a of the second lens 132, and the fourth optical surface 132b are aspherical bodies. The design is made based on the formula of the aspherical surface of Formula (2). Table 17 and Table 18 show the optical characteristics and parameters of the aspherical body.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

これによる構成された二片式fθレンズの光学面、f(1)Y=102.512(mm)、f(2)Y=-64.358(mm)、fsX=42.255(mm)、fsY=-600(mm)は走査光線を距離と時間が線型性関係の走査光線スポットに置き換えた上、MEMS反射ミラー10上のスポットSa0=18.17(μm)、Sb0=3918.086(μm)は走査を経て、走査光線を形成して、感光ドラム15上に収束して、小さいスポットを形成して、表19に示す数式(11)〜(17)の条件を満足する。感光ドラム15上における中心軸z軸がY方向での中心軸Yとの距離(mm)までのスポットのガウスビームからなる幾何スポットの最大直径(μm)は表20に示す。さらに、本実施例によるスポット分布図は図11に示す。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
Optical surface of the two-piece fθ lens constructed by this, f (1) Y = 102.512 (mm), f (2) Y = -64.358 (mm), f sX = 42.255 (mm), f sY = -600 (mm) indicates that the scanning light beam is replaced with a scanning light beam spot whose distance and time are linear, and the spots S a0 = 18.17 (μm) and S b0 = 3918.086 (μm) on the MEMS reflecting mirror 10 are scanned, A scanning beam is formed and converged on the photosensitive drum 15 to form a small spot, which satisfies the conditions of equations (11) to (17) shown in Table 19. Table 20 shows the maximum diameter (μm) of the geometric spot formed by the Gaussian beam of the spot up to the distance (mm) between the central axis z-axis on the photosensitive drum 15 and the central axis Y in the Y direction. Further, a spot distribution diagram according to this embodiment is shown in FIG.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

図3Bと図6Bに示すように本実施例による二片式fθレンズは、第一レンズ131と第二レンズ132を含める。第一レンズ131はメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー10側に設けるレンズより構成し、第二レンズ132は双凹レンズであり、第一レンズ131の第一光学面131aと第二光学面131bを有し、第二レンズ132の第三光学面132aは非球面体である。3の数式の非球面体公式に基づいて設計する。なお、第二レンズ132の第四光学面132bは非球面体であり、2の数式の非球面体公式に基づいて設計する。その光学特性と非球面体のパラメータは、表21と表22に示すとおりである。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
As shown in FIGS. 3B and 6B, the two-piece fθ lens according to the present embodiment includes a first lens 131 and a second lens 132. The first lens 131 is composed of a lens having a concave meniscus on the side of the MEMS reflecting mirror 10, and the second lens 132 is a biconcave lens, which has a first optical surface 131a and a second optical surface 131b of the first lens 131. The third optical surface 132a of the second lens 132 is an aspherical body. It is designed based on the aspherical body formula of Equation 3. Note that the fourth optical surface 132b of the second lens 132 is an aspherical body, and is designed based on the aspherical surface formula of Formula 2. The optical characteristics and aspherical parameters are as shown in Table 21 and Table 22.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

このように構成された二片式fθレンズの光学面、f(1)Y=91.725(mm)、f(2)Y=-53.286(mm)、fsX=40.302(mm)、fsY=-480(mm)は走査光線を距離と時間が線型性関係の走査光線スポットに置き換えた上、MEMS反射ミラー10上のスポットSa0=18.17(μm)、Sb0=3918.08(μm)は走査を経て、走査光線を形成して、感光ドラム15上に収束して、小さいスポットを形成して、表23に示す数式(11)〜(17)の条件を満足する。感光ドラム15上における中心軸z軸がY方向での中心軸Yとの距離(mm)までのスポットのガウスビームからなる幾何スポット(Geometrical Spot)の最大直径(μm)は表24に示す。さらに、本実施例によるスポット分布図は図12に示す。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
The optical surface of the two-piece fθ lens configured in this way, f (1) Y = 91.725 (mm), f (2) Y = -53.286 (mm), f sX = 40.302 (mm), f sY =- In the case of 480 (mm), the scanning beam is replaced with a scanning beam spot having a linear relationship between distance and time, and the spot S a0 = 18.17 (μm) and S b0 = 3918.08 (μm) on the MEMS reflecting mirror 10 are scanned. Then, a scanning beam is formed and converged on the photosensitive drum 15 to form a small spot, which satisfies the conditions of equations (11) to (17) shown in Table 23. Table 24 shows the maximum diameter (μm) of the geometric spot (Geometric Spot) composed of the Gaussian beam of the spot up to the distance (mm) from the central axis z-axis on the photosensitive drum 15 to the central axis Y in the Y direction. Further, a spot distribution diagram according to this embodiment is shown in FIG.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

図3Bと図6Bに示すように本実施例による二片式fθレンズは、第一レンズ131と第二レンズ132を含める。第一レンズ131はメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー10側に設けるレンズより構成し、第二レンズ132は双凹レンズより構成する。第一レンズ131の第一光学面131aと第二光学面131bを含め、第二レンズ132の第三光学面132aは非球面体であり、数式(3)の非球面体公式に基づいて設計する。なお、第二レンズ132の第四光学面132bは非球面体であり、数式(2)の非球面体公式に基づいて設計する。その光学特性と非球面体のパラメータは、表25と表26に示すとおりである。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
As shown in FIGS. 3B and 6B, the two-piece fθ lens according to the present embodiment includes a first lens 131 and a second lens 132. The first lens 131 is constituted by a lens having a concave surface of a meniscus on the MEMS reflection mirror 10 side, and the second lens 132 is constituted by a biconcave lens. The third optical surface 132a of the second lens 132 including the first optical surface 131a and the second optical surface 131b of the first lens 131 is an aspherical body, and is designed based on the aspherical surface formula of Equation (3). . The fourth optical surface 132b of the second lens 132 is an aspherical body, and is designed based on the aspherical surface formula of Expression (2). The optical characteristics and aspherical parameters are as shown in Table 25 and Table 26.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

このように構成された二片式fθレンズの光学面、f(1)Y=100.396(mm)、f(2)Y=-58.178(mm)、fsX=38.34(mm)、fsY=-318.7(mm)は走査光線を距離と時間が線型性関係の走査光線スポットに置き換えた上、MEMS反射ミラー10上のスポットSa0=23.62(μm)、Sb0=3667.96(μm)は走査を経て、走査光線を形成して、感光ドラム15上に収束して、小さいスポットを形成して、表27に示す数式(11)〜(17)の条件を満足する。感光ドラム15上における中心軸z軸がY方向での中心軸Yとの距離(mm)までのスポットのガウスビームからなる幾何スポットの最大直径(μm)は表28に示す。さらに、本実施例によるスポット分布図は図13に示す。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
The optical surface of the two-piece fθ lens configured in this way, f (1) Y = 100.396 (mm), f (2) Y = -58.178 (mm), f sX = 38.34 (mm), f sY =- In 318.7 (mm), the scanning light beam is replaced with a scanning light beam spot having a linear relationship between distance and time, and the spot S a0 = 23.62 (μm) and S b0 = 3667.96 (μm) on the MEMS reflecting mirror 10 are scanned. Then, a scanning beam is formed and converged on the photosensitive drum 15 to form a small spot, which satisfies the conditions of equations (11) to (17) shown in Table 27. Table 28 shows the maximum diameter (μm) of the geometric spot formed by the Gaussian beam of the spot up to the distance (mm) from the central axis z-axis on the photosensitive drum 15 to the central axis Y in the Y direction. Further, a spot distribution diagram according to this embodiment is shown in FIG.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

図3Bと図6Bに示すように本実施例による二片式fθレンズは、第一レンズ131と第二レンズ132を含める。第一レンズ131はメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー10側に設けるレンズより構成し、第二レンズ132は双凹レンズより構成する。第一レンズ131の第一光学面131aと第二光学面131bを含め、第二レンズ132の第三光学面132aは非球面体である。3の数式の非球面体公式に基づいて設計する。なお、第二レンズ132の第四光学面132bは非球面体であり、2の数式の非球面体公式に基づいて設計する。その光学特性と非球面体のパラメータは、表29と表30に示すとおりである。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
As shown in FIGS. 3B and 6B, the two-piece fθ lens according to the present embodiment includes a first lens 131 and a second lens 132. The first lens 131 is constituted by a lens having a concave surface of a meniscus on the MEMS reflection mirror 10 side, and the second lens 132 is constituted by a biconcave lens. The third optical surface 132a of the second lens 132 including the first optical surface 131a and the second optical surface 131b of the first lens 131 is an aspherical body. It is designed based on the aspherical body formula of Equation 3. Note that the fourth optical surface 132b of the second lens 132 is an aspherical body, and is designed based on the aspherical surface formula of Formula 2. The optical characteristics and aspherical parameters are as shown in Table 29 and Table 30.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

このように構成された二片式fθレンズの光学面、f(1)Y=129.589(mm)、f(2)Y=-59.303(mm)、fsX=40.549(mm)、fsY=-157.192(mm)は走査光線を距離と時間が線型性関係の走査光線スポットに置き換えた上、MEMS反射ミラー10上のスポットSa0=280.62(μm)、Sb0=4059.84(μm)は走査光線を走査し、感光ドラム15上に収束して、小さいスポットを形成して、表31に示す数式(11)〜(17)の条件を満足する。感光ドラム15における中心軸z軸がY方向の中心軸Yとの距離(mm)のスポットのガウスビームからなる幾何スポット(Geometrical Spot)の最大直径(μm)は表32に示す。さらに、本実施例によるスポット分布図は図14に示す。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
The optical surface of the two-piece fθ lens configured in this way, f (1) Y = 129.589 (mm), f (2) Y = -59.303 (mm), f sX = 40.549 (mm), f sY =- In 157.192 (mm), the scanning beam is replaced with a scanning beam spot having a linear relationship between distance and time, and spot S a0 = 280.62 (μm) and S b0 = 4059.84 (μm) on the MEMS reflecting mirror 10 It scans and converges on the photosensitive drum 15 to form a small spot, which satisfies the conditions of equations (11) to (17) shown in Table 31. Table 32 shows the maximum diameter (μm) of a geometrical spot (Geometric Spot) made of a Gaussian beam having a distance (mm) between the central axis z-axis of the photosensitive drum 15 and the central axis Y in the Y direction. Further, a spot distribution diagram according to this embodiment is shown in FIG.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

図3Bと図6Bに示すように本実施例による二片式fθレンズは、第一レンズ131と第二レンズ132を含める。第一レンズ131はメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー10側に設けるレンズより構成し、第二レンズ132は双凹レンズから構成する。第一レンズ131の第一光学面131aと第二光学面131bを含め、第二レンズ132の第三光学面132aは非球面体であり、数式(3)の非球面体公式に基づいて設計する。なお、第二レンズ132の第四光学面132bは非球面体であり、数式(2)の非球面体公式に基づいて設計する。その光学特性と非球面体のパラメータは、表33と表34に示すとおりである。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
As shown in FIGS. 3B and 6B, the two-piece fθ lens according to this embodiment includes a first lens 131 and a second lens 132. The first lens 131 is composed of a lens having a meniscus concave surface on the MEMS reflecting mirror 10 side, and the second lens 132 is composed of a biconcave lens. The third optical surface 132a of the second lens 132 including the first optical surface 131a and the second optical surface 131b of the first lens 131 is an aspherical body, and is designed based on the aspherical surface formula of Equation (3). . The fourth optical surface 132b of the second lens 132 is an aspherical body, and is designed based on the aspherical surface formula of Expression (2). The optical characteristics and parameters of the aspherical body are as shown in Table 33 and Table 34.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

このように構成された二片式fθレンズの光学面、f(1)Y=92.049(mm)、f(2)Y=-53.487(mm)、fsX=40.278(mm)、fsY=-480(mm)は走査光線を距離と時間が線型性関係の走査光線スポットに置き換えた上、MEMS反射ミラー10上のスポットSa0=18.17(μm)、Sb0=3918.08(μm)は走査を経て、走査光線を形成し、感光ドラム15上に収束して、小さいスポットを形成して、表35に示す数式(11)〜(17)の条件を満足する。感光ドラム15における中心軸z軸がY方向での中心軸Yとの距離(mm)までのスポットのガウスビームからなる幾何スポット(Geometrical Spot)の最大直径(μm)は表36に示す。さらに、本実施例によるスポット分布図は図15に示す。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
The optical surface of the two-piece fθ lens configured in this way, f (1) Y = 92.049 (mm), f (2) Y = -53.487 (mm), f sX = 40.278 (mm), f sY =- In the case of 480 (mm), the scanning beam is replaced with a scanning beam spot having a linear relationship between distance and time, and the spot S a0 = 18.17 (μm) and S b0 = 3918.08 (μm) on the MEMS reflecting mirror 10 are scanned. Then, a scanning beam is formed and converged on the photosensitive drum 15 to form a small spot, which satisfies the conditions of equations (11) to (17) shown in Table 35. Table 36 shows the maximum diameter (μm) of a geometric spot (Geometric Spot) made up of a Gaussian beam of a spot up to a distance (mm) from the central axis z-axis of the photosensitive drum 15 to the central axis Y in the Y direction. Further, a spot distribution diagram according to this embodiment is shown in FIG.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

図3Bと図6Bに示すように本実施例において、二片式fθレンズは第一レンズ131と第二レンズ132を含め、第一レンズ131は、メニスカスの凹面をMEMS反射ミラー10側に設けるレンズからなり、第二レンズ132は双凹レンズから構成する。第一レンズ131の第一光学面131aと第二光学面131b、第二レンズ132の第三光学面132aと第四光学面132bとも非球面体である。数式(2)の非球面体公式に基づいて設計する。その光学特性と非球面体のパラメータを、表37と表38に示すとおりである。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
As shown in FIGS. 3B and 6B, in this embodiment, the two-piece fθ lens includes the first lens 131 and the second lens 132, and the first lens 131 is a lens in which the concave surface of the meniscus is provided on the MEMS reflecting mirror 10 side. The second lens 132 is composed of a biconcave lens. The first optical surface 131a and the second optical surface 131b of the first lens 131 and the third optical surface 132a and the fourth optical surface 132b of the second lens 132 are also aspherical bodies. The design is based on the aspherical surface formula of Equation (2). Tables 37 and 38 show the optical characteristics and parameters of the aspherical body.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

このように構成された二片式fθレンズの光学面、f(1)Y=102.145(mm)、f(2)Y=-59.071(mm)、fsX=38.621(mm)、fsY=-480(mm)は走査ビームを距離と時間が線型性関係の走査光線スポットに置き換えた上、MEMS反射ミラー10上のスポットSa0=18.17(μm)、Sb0=3918.08(μm)は走査を経て、走査光線を形成して、感光ドラム15上に収束して、小さいスポットを形成して、表39に示す数式(11)〜(17)の条件を満足する。感光ドラム15上における中心軸z軸がY方向と中心軸Yとの距離(mm)のスポットのガウスビームからなる幾何スポットの最大直径(μm)は表40に示す。さらに、本実施例によるスポット分布図は図16に示す。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
The optical surface of the two-piece fθ lens configured in this way, f (1) Y = 102.145 (mm), f (2) Y = -59.071 (mm), f sX = 38.621 (mm), f sY =- In the case of 480 (mm), the scanning beam is replaced with a scanning beam spot having a linear relationship between distance and time, and the spot S a0 = 18.17 (μm) and S b0 = 3918.08 (μm) on the MEMS reflecting mirror 10 are scanned. Then, a scanning beam is formed and converged on the photosensitive drum 15 to form a small spot, which satisfies the conditions of equations (11) to (17) shown in Table 39. Table 40 shows the maximum diameter (μm) of a geometric spot formed by a Gaussian beam of a spot whose center axis z-axis is a distance (mm) between the Y direction and the center axis Y on the photosensitive drum 15. Further, a spot distribution diagram according to this embodiment is shown in FIG.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

図3Bと図6Bに示すように本実施例による二片式fθレンズは、第一レンズ131と第二レンズ132を含める。第一レンズ131はメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー10側に設けるレンズから構成し、第二レンズ132は双凹レンズから構成する。第一レンズ131の第一光学面131aと第二光学面131bを含め、第二レンズ132の第三光学面132aは非球面体であり、3の数式の非球面体公式に基づいて設計する。なお、第二レンズ132の第四光学面132bは非球面体であり、数式(2)の非球面体公式に基づいて設計する。その光学特性と非球面体のパラメータは、表41と表42に示すとおりである。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
As shown in FIGS. 3B and 6B, the two-piece fθ lens according to the present embodiment includes a first lens 131 and a second lens 132. The first lens 131 is composed of a lens having a meniscus concave surface on the MEMS reflecting mirror 10 side, and the second lens 132 is composed of a biconcave lens. The third optical surface 132a of the second lens 132, including the first optical surface 131a and the second optical surface 131b of the first lens 131, is an aspherical body, and is designed based on the aspherical surface formula of Equation 3. The fourth optical surface 132b of the second lens 132 is an aspherical body, and is designed based on the aspherical surface formula of Expression (2). The optical characteristics and parameters of the aspherical body are as shown in Table 41 and Table 42.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

このように構成された二片式fθレンズの光学面、f(1)Y=92.228(mm)、f(2)Y=-53.135(mm)、fsX=39.746(mm)、fsY=-480(mm)は走査光線を距離と時間が線型性関係の走査光線スポットに置き換えた上、MEMS反射ミラー10上のスポットSa0=18.17(μm)、Sb0=3918.08(μm)は走査を経て、走査光線を形成し、感光ドラム15上に収束して、小さいスポットを形成して、表43に示す数式(11)〜(17)の条件を満足する。感光ドラム15上における中心軸z軸がY方向での中心軸Yとの距離(mm)までのスポットのガウスビームからなる幾何スポットの最大直径(μm)は表44に示す。さらに、本実施例によるスポット分布図は図17に示す。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
The optical surface of the two-piece fθ lens configured in this way, f (1) Y = 92.228 (mm), f (2) Y = -53.135 (mm), f sX = 39.746 (mm), f sY =- In the case of 480 (mm), the scanning beam is replaced with a scanning beam spot having a linear relationship between distance and time, and the spot S a0 = 18.17 (μm) and S b0 = 3918.08 (μm) on the MEMS reflecting mirror 10 are scanned. Then, a scanning beam is formed and converged on the photosensitive drum 15 to form a small spot, which satisfies the conditions of equations (11) to (17) shown in Table 43. Table 44 shows the maximum diameter (μm) of the geometric spot formed by the Gaussian beam of the spot up to the distance (mm) between the central axis z-axis on the photosensitive drum 15 and the central axis Y in the Y direction. Further, a spot distribution diagram according to this embodiment is shown in FIG.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

図3Cと図6Cを参照する。それぞれ本考案の実施例において、走査光線が第一レンズと第二レンズを通り抜ける光路図である。本実施例において、二片式fθレンズは第一レンズ131と第二レンズ132を含め、第一レンズ131はメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー側10に設けるレンズから構成し、第二レンズ132はメニスカスの凸面をMEMS反射ミラー側10に設けるレンズから構成する。そのうち、第一レンズ131の第一光学面131aは球面体であり、第二光学面131b、第二レンズ132の第三光学面132aと第四光学面132bとも非球面体である。数式(2)の非球面体公式に基づいて設計する。その光学特性と非球面体のパラメータは、表45と表46に示すとおりである。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
Please refer to FIG. 3C and FIG. 6C. FIG. 4 is an optical path diagram through which a scanning beam passes through a first lens and a second lens in each of the embodiments of the present invention. In this embodiment, the two-piece fθ lens includes a first lens 131 and a second lens 132. The first lens 131 is a lens having a meniscus concave surface on the MEMS reflecting mirror side 10, and the second lens 132 is a meniscus. Is formed from a lens provided on the MEMS reflecting mirror side 10. Among them, the first optical surface 131a of the first lens 131 is a spherical body, and the second optical surface 131b and the third optical surface 132a and the fourth optical surface 132b of the second lens 132 are also aspherical bodies. The design is based on the aspherical surface formula of Equation (2). The optical characteristics and aspherical parameters are as shown in Table 45 and Table 46.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

このように構成された二片式fθレンズの光学面、f(1)Y=145.78(mm)、f(2)Y=-368.67(mm)、fsX=23.655(mm)、fsY=215.37(mm)は走査光線を距離と時間が線型性関係の走査光線スポットに置き換えた上、MEMS反射ミラー10上のスポットSa0=13.642(μm)、Sb0=3718.32(μm)は走査光線を走査し、感光ドラム15上に収束して、小さいスポットを形成して、表47に示す数式(18)〜(24)の条件を満足する。感光ドラム15における中心軸z軸がY方向の中心軸Yとの距離(mm)のスポットのガウスビームからなる幾何スポット(Geometrical Spot)の最大直径(μm)は表48に示す。さらに、本実施例によるスポット分布図は図18に示す。図において、単位の円直径は0.05mmとする。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
The optical surface of the two-piece fθ lens configured in this way, f (1) Y = 145.78 (mm), f (2) Y = -368.67 (mm), f sX = 23.655 (mm), f sY = 215.37 (mm) replaces the scanning beam with a scanning beam spot having a linear relationship between distance and time, and spot S a0 = 13.642 (μm) and S b0 = 3718.32 (μm) on the MEMS reflecting mirror 10 scan the scanning beam. Then, it converges on the photosensitive drum 15 to form a small spot, which satisfies the conditions of the equations (18) to (24) shown in Table 47. Table 48 shows the maximum diameter (μm) of a geometric spot (Geometric Spot) made up of a Gaussian beam with a distance (mm) between the central axis z-axis of the photosensitive drum 15 and the central axis Y in the Y direction. Further, a spot distribution diagram according to this embodiment is shown in FIG. In the figure, the unit circle diameter is 0.05 mm.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

図3Cと図6Cに示すように本実施例による二片式fθレンズは、第一レンズ131と第二レンズ132を含める。第一レンズ131はメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー10側に設けるレンズより構成し、第二レンズ132はメニスカスの凸面をMEMS反射ミラー10側に設けるレンズより構成する。そのうち、第一レンズ131の第一光学面131aと第二光学面131bは球面体であり、第二レンズ132の第三光学面132aは非球面体であり、数式(2)の非球面体公式に基づいて設計する。第二レンズ132の第四光学面132bは非球面体である。数式(3)の非球面体公式に基づいて設計する。その光学特性と非球面体のパラメータは、表49と表50に示すとおりである。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
As shown in FIGS. 3C and 6C, the two-piece fθ lens according to this embodiment includes a first lens 131 and a second lens 132. The first lens 131 is composed of a lens having a concave surface of the meniscus on the MEMS reflection mirror 10 side, and the second lens 132 is composed of a lens having a convex surface of the meniscus on the MEMS reflection mirror 10 side. Among them, the first optical surface 131a and the second optical surface 131b of the first lens 131 are spherical bodies, the third optical surface 132a of the second lens 132 is an aspheric body, and the aspheric body formula of Formula (2). Design based on. The fourth optical surface 132b of the second lens 132 is an aspherical body. The design is based on the aspherical body formula of Equation (3). The optical characteristics and parameters of the aspherical body are as shown in Table 49 and Table 50.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

このように構成された二片式fθレンズの光学面、f(1)Y=133.89(mm)、f(2)Y=-233.70(mm)、fsX=20.084(mm)、fsY=274.205(mm)は走査光線を距離と時間が線型性関係の走査光線スポットに置き換えた上、MEMS反射ミラー10上のスポットSa0=13.824(μm)、Sb0=3512.066(μm)は走査を経て、走査光線を形成して、感光ドラム15上に収束して、小さいスポットを形成して、表51に示す数式(18)〜(24)の条件を満足する。感光ドラム15上における中心軸z軸がY方向での中心軸Yとの距離(mm)までのスポットのガウスビームからなる幾何スポット(Geometrical Spot)の最大直径(μm)は表52に示す。さらに、本実施例によるスポット分布図は図19に示すように単位の円直径は0.05mmとする。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
The optical surface of the two-piece fθ lens configured in this way, f (1) Y = 133.89 (mm), f (2) Y = -233.70 (mm), f sX = 20.084 (mm), f sY = 274.205 (mm) indicates that the scanning light beam is replaced with a scanning light beam spot whose distance and time are linearly related, and the spot S a0 = 13.824 (μm) and S b0 = 3512.066 (μm) on the MEMS reflecting mirror 10 are scanned, A scanning beam is formed and converges on the photosensitive drum 15 to form a small spot, which satisfies the conditions of the equations (18) to (24) shown in Table 51. Table 52 shows the maximum diameter (μm) of a geometric spot (Geometric Spot) made up of a Gaussian beam of a spot up to a distance (mm) from the central axis z-axis on the photosensitive drum 15 to the central axis Y in the Y direction. Further, in the spot distribution diagram according to this embodiment, the unit circle diameter is 0.05 mm as shown in FIG.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

図3Cと図6Cに示すように本実施例による二片式fθレンズは、第一レンズ131と第二レンズ132を含める。第一レンズ131はメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー10側に設けるレンズより構成し、第二レンズ132はメニスカスの凸面をMEMS反射ミラー10側に設けるレンズより構成する。そのうち、第一レンズ131の第一光学面131aは球面体であり、第二光学面131b、第二レンズ132の第三光学面132aと第四光学面132bは非球面体である。数式(2)の非球面体公式に基づいて設計する。その光学特性と非球面体のパラメータは、表53と表54に示すとおりである。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
As shown in FIGS. 3C and 6C, the two-piece fθ lens according to this embodiment includes a first lens 131 and a second lens 132. The first lens 131 is composed of a lens having a concave surface of the meniscus on the MEMS reflection mirror 10 side, and the second lens 132 is composed of a lens having a convex surface of the meniscus on the MEMS reflection mirror 10 side. Among them, the first optical surface 131a of the first lens 131 is a spherical body, and the second optical surface 131b and the third optical surface 132a and the fourth optical surface 132b of the second lens 132 are aspherical bodies. The design is based on the aspherical surface formula of Equation (2). The optical characteristics and parameters of the aspherical body are as shown in Table 53 and Table 54.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

このように構成された二片式fθレンズの光学面、f(1)Y=124.07(mm)、f(2)Y=-344.01(mm)、fsX=23.785(mm)、fsY=176.355(mm)は走査光線を距離と時間が線型性関係の走査光線スポットに置き換えた上、MEMS反射ミラー10上のスポットSa0=13.452(μm)、Sb0=3941.106(μm)は走査を経て、走査光線を形成し、感光ドラム15上に収束して、小さいスポットを形成して、表55に示す数式(18)〜(24)の条件を満足する。感光ドラム15における中心軸z軸がY方向の中心軸Yとの距離(mm)のスポットのガウスビームからなる幾何スポット(Geometrical Spot)の最大直径(μm)は表56に示す。さらに、本実施例によるスポット分布図は図20に示すように単位の円直径は0.05mmとする。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
The optical surface of the two-piece fθ lens configured in this way, f (1) Y = 124.07 (mm), f (2) Y = -344.01 (mm), f sX = 23.785 (mm), f sY = 176.355 (mm) indicates that the scanning light beam is replaced with a scanning light beam spot whose distance and time are linear, and the spot S a0 = 13.452 (μm) and S b0 = 3941.106 (μm) on the MEMS reflecting mirror 10 are scanned, A scanning beam is formed and converged on the photosensitive drum 15 to form a small spot, which satisfies the conditions of equations (18) to (24) shown in Table 55. Table 56 shows the maximum diameter (μm) of a geometric spot (Geometric Spot) made of a Gaussian beam having a distance (mm) between the central axis z-axis of the photosensitive drum 15 and the central axis Y in the Y direction. Further, in the spot distribution diagram according to this embodiment, the unit circle diameter is 0.05 mm as shown in FIG.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

図3Cと図6Cに示すように本実施例による二片式fθレンズは、第一レンズ131と第二レンズ132を含める。第一レンズ131はメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー10側に設けるレンズより構成し、第二レンズ132はメニスカスの凸面をMEMS反射ミラー10側に設けるレンズより構成する。そのうち、第一レンズ131の第一光学面131aは球面体であり、第一レンズ131の第二光学面131bと第二レンズ132の第三光学面132aとも非球面体であり、2の数式の非球面体公式に基づいて設計する。第二レンズ132の第四光学面132bは非球面体であり、3の数式の非球面体公式に基づいて設計する。その光学特性と非球面体のパラメータは、表57と表58に示すとおりである。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
As shown in FIGS. 3C and 6C, the two-piece fθ lens according to this embodiment includes a first lens 131 and a second lens 132. The first lens 131 is composed of a lens having a concave surface of the meniscus on the MEMS reflection mirror 10 side, and the second lens 132 is composed of a lens having a convex surface of the meniscus on the MEMS reflection mirror 10 side. Among them, the first optical surface 131a of the first lens 131 is a spherical body, and both the second optical surface 131b of the first lens 131 and the third optical surface 132a of the second lens 132 are aspherical bodies. Design based on the aspherical formula. The fourth optical surface 132b of the second lens 132 is an aspherical body, and is designed based on the aspherical surface formula of Equation 3. The optical characteristics and aspherical parameters are as shown in Tables 57 and 58.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

このように構成された二片式fθレンズの光学面、f(1)Y=136.21(mm)、f(2)Y=-243.44(mm)、fsX=19.258(mm)、fsY=270.784(mm)は走査光線を距離と時間が線型性関係の走査光線スポットに置き換えた上、MEMS反射ミラー10上のスポットSa0=13.81(μm)、Sb0=3522.04(μm)は走査を経て、走査光線を形成して、感光ドラム15上に収束して、小さいスポットを形成して、表59に示す数式(18)〜(24)の条件を満足する。感光ドラム15における中心軸z軸がY方向での中心軸Yとの距離(mm)までのスポットのガウスビームからなる幾何スポット(Geometrical Spot)の最大直径(μm)は表60に示す。さらに、本実施例によるスポット分布図は図21に示すように単位の円直径は0.05mmとする。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
The optical surface of the two-piece fθ lens configured in this way, f (1) Y = 136.21 (mm), f (2) Y = -243.44 (mm), f sX = 19.258 (mm), f sY = 270.784 (mm) indicates that the scanning light beam is replaced with a scanning light beam spot whose distance and time are linear, and spots S a0 = 13.81 (μm) and S b0 = 3522.04 (μm) on the MEMS reflecting mirror 10 are scanned, A scanning beam is formed and converged on the photosensitive drum 15 to form a small spot, which satisfies the conditions of equations (18) to (24) shown in Table 59. Table 60 shows the maximum diameter (μm) of a geometrical spot (Geometric Spot) composed of a Gaussian beam of a spot up to a distance (mm) from the central axis z-axis of the photosensitive drum 15 to the central axis Y in the Y direction. Further, in the spot distribution diagram according to this embodiment, the unit circle diameter is 0.05 mm as shown in FIG.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

図3Cと図6Cに示すように本実施例による二片式fθレンズは、第一レンズ131と第二レンズ132を含める。第一レンズ131はメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー10側に設けるレンズより構成し、第二レンズ132はメニスカスの凸面をMEMS反射ミラー10側に設けるレンズより構成する。そのうち、第一レンズ131の第二光学面131bと第二レンズ132の第三光学面132aとも非球面体であり、数式(2)の非球面体公式に基づいて設計し、第一レンズ131の第一光学面131aと第二レンズ132の第四光学面132bは非球面体である。数式(3)の非球面体公式に基づいて設計する。その光学特性と非球面体のパラメータは、表61と表62に示すとおりである。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
As shown in FIGS. 3C and 6C, the two-piece fθ lens according to this embodiment includes a first lens 131 and a second lens 132. The first lens 131 is composed of a lens having a concave surface of the meniscus on the MEMS reflection mirror 10 side, and the second lens 132 is composed of a lens having a convex surface of the meniscus on the MEMS reflection mirror 10 side. Among them, the second optical surface 131b of the first lens 131 and the third optical surface 132a of the second lens 132 are both aspherical bodies, which are designed based on the aspherical surface formula of Formula (2). The first optical surface 131a and the fourth optical surface 132b of the second lens 132 are aspherical bodies. The design is based on the aspherical body formula of Equation (3). The optical characteristics and parameters of the aspherical body are as shown in Table 61 and Table 62.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

このように構成された二片式fθレンズの光学面、f(1)Y=851.41(mm)、f(2)Y=-2714.78(mm)、fsX=26.469(mm)、fsY=1221.728(mm)は走査光線を距離と時間が線型性関係の走査光線スポットに置き換えた上、MEMS反射ミラー10上のスポットSa0=14.31(μm)、Sb0=2983.85(μm)は走査を経て、走査光線を形成して、感光ドラム15上に収束して、小さいスポットを形成して、表63に示す数式(18)〜(24)の条件を満足する。感光ドラム15における中心軸z軸がY方向での中心軸Yとの距離(mm)までのスポットのガウスビームからなる幾何スポット(Geometrical Spot)の最大直径(μm)は表64に示す。さらに、本実施例によるスポット分布図は図22に示すように単位円直径は0.05mmとする。

Figure 0003150839
Figure 0003150839
The optical surface of the two-piece fθ lens configured in this way, f (1) Y = 851.41 (mm), f (2) Y = -2714.78 (mm), f sX = 26.469 (mm), f sY = 1221.728 (mm) indicates that the scanning light beam is replaced with a scanning light beam spot whose distance and time are linearly related, and the spot S a0 = 14.31 (μm) and S b0 = 2983.85 (μm) on the MEMS reflecting mirror 10 are scanned, A scanning beam is formed and converged on the photosensitive drum 15 to form a small spot, which satisfies the conditions of equations (18) to (24) shown in Table 63. Table 64 shows the maximum diameter (μm) of a geometric spot (Geometric Spot) composed of a Gaussian beam of a spot up to a distance (mm) from the central axis z-axis of the photosensitive drum 15 to the central axis Y in the Y direction. Further, in the spot distribution diagram according to the present embodiment, the unit circle diameter is 0.05 mm as shown in FIG.
Figure 0003150839
Figure 0003150839

前記の実施例の説明から、本考案は少なくとも下記の効果を実現できる。
イ 本考案による二片式fθレンズを設けることにより、単振動のMEMS反射ミラーが結像面上のスポット間隔を時間による累増または累減する非等速度走査現象を等速度走査に修正し、レーザービームを結像面に投射し、等速度走査を行うことによって、目標物上で結像する二つのスポット間隔を一致させることができる。
ロ 本考案による二片式fθレンズの設置は、主走査方向と副走査方向の走査光源のひずみ補正処理により、目標物に結像するスポットを小さくすることができる。
ハ 本考案による二片式fθレンズの設置は、主走査方向と副走査方向の走査光源のひずみ補正処理により、目標物に結像するスポットサイズを均一化させることができる。
以上は本考案の好ましい実施例の説明である。これらは本考案を説明するものであり、なんらの制限も加わるものではない。なお、当該技術を熟知する者による、本考案の請求範囲による改変、修正、ないし、等効果変更も、本考案の請求範囲に含まれるものとする。
From the description of the above embodiments, the present invention can realize at least the following effects.
B) By providing the two-piece fθ lens according to the present invention, the non-uniform scanning phenomenon in which the single-vibration MEMS reflecting mirror increases or decreases the spot interval on the imaging surface with time is corrected to uniform scanning. By projecting the beam onto the imaging surface and performing constant velocity scanning, the distance between the two spots imaged on the target can be matched.
(B) The installation of the two-piece fθ lens according to the present invention can reduce the spot imaged on the target by the distortion correction processing of the scanning light source in the main scanning direction and the sub-scanning direction.
The installation of the two-piece fθ lens according to the present invention can make the spot size formed on the target uniform by the distortion correction processing of the scanning light source in the main scanning direction and the sub-scanning direction.
The above is a description of the preferred embodiment of the present invention. These illustrate the invention and do not impose any restrictions. It should be noted that alterations, modifications, and equivalent changes made by those skilled in the art according to the claims of the present invention are also included in the claims of the present invention.

10 MEMS反射ミラー
11 レーザー光源
111 レーザービーム
113a、113b、113c、114a、114b、115a、115b 走査光線
131 第1レンズ
131a 第一光学面
131b 第二光学面
132 第2レンズ
132a 第三光学面
132b 第四光学面
14a、14b 光電センサー
15 感光ドラム
16 円筒レンズ
2、2a、2b、2c スポット
3 有効走査ウィンドウ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 MEMS reflective mirror 11 Laser light source 111 Laser beam 113a, 113b, 113c, 114a, 114b, 115a, 115b Scanning light beam 131 1st lens 131a 1st optical surface
131b Second optical surface 132 Second lens 132a Third optical surface 132b Fourth optical surfaces 14a, 14b Photoelectric sensor 15 Photosensitive drum 16 Cylindrical lenses 2, 2a, 2b, 2c Spot 3 Effective scanning window

Claims (15)

微小電子機械システム・レーザー走査装置(以下MEMS LSUと略する)に適する二片式fθレンズにおいて、
出射されたレーザービームを共振により左右にふれながら光源より出射するレーザービームを反射して走査光線となる微小電子機械システム反射ミラー(以下MEMS反射ミラーと略する)と、感光される目標物を含め、
前記二片式fθレンズは、前記MEMS反射ミラーから順に追って、メニスカスの凹面をMEMS反射ミラー側に設ける第一レンズと、メニスカスの凹面をMEMS反射ミラー側に設ける第二レンズより構成し、
前記第一レンズは第一光学面と第二光学面を有し、前記MEMS反射ミラーの反射角度と時間が非線型性関係の走査光線スポットを距離と時間が線型性関係を有する走査光線スポットに置き換え、
前記第二レンズは第三光学面と第四光学面を有し、前記第一レンズの走査光線を修正して、前記目標物に集光し、前記二片式fθレンズによって、前記MEMS反射ミラーより反射された走査光線を前記目標物に結像することを特徴とするMEMS LSUに適する二片式fθレンズ。
In a two-piece fθ lens suitable for a microelectromechanical system laser scanning device (hereinafter abbreviated as MEMS LSU),
Includes a microelectromechanical system reflection mirror (hereinafter abbreviated as a MEMS reflection mirror) that reflects the laser beam emitted from the light source while shaking the emitted laser beam left and right by resonance and becomes a scanning beam, and a target to be exposed ,
The two-piece fθ lens is composed of a first lens in which the concave surface of the meniscus is provided on the MEMS reflection mirror side, and a second lens in which the concave surface of the meniscus is provided on the MEMS reflection mirror side, in order from the MEMS reflection mirror.
The first lens has a first optical surface and a second optical surface, and the reflection angle and time of the MEMS reflecting mirror are changed to a scanning light spot having a non-linear relationship between a distance and a time. Replace,
The second lens has a third optical surface and a fourth optical surface, corrects the scanning light beam of the first lens, condenses it on the target, and the MEMS reflection mirror by the two-piece fθ lens. A two-piece fθ lens suitable for a MEMS LSU, characterized in that the reflected light beam is imaged on the target.
MEMS LSUに適する二片式fθレンズにおいて、
前記二片式fθレンズの主走査方向はさらに、数式(1),(2)をそれぞれ満足し、
Figure 0003150839
Figure 0003150839
前記f(1)Yは、前記第一レンズの主走査方向における焦点距離であり、前記f(2)Yは前記第二レンズの主走査方向における焦点距離であり、前記d3は,θ=0°における前記第一レンズ目標物側の光学面から前記第二レンズの前記MEMS反射ミラー側の光学面までの距離であり、前記d4は,θ=0°における前記第二レンズの厚みであり、前記d5は,θ=0°における前記第二レンズ目標物側の光学面から前記目標物までの距離であることを特徴とする請求項1に記載の二片式fθレンズ。
In a two-piece fθ lens suitable for MEMS LSU,
The main scanning direction of the two-piece fθ lens further satisfies Expressions (1) and (2),
Figure 0003150839
Figure 0003150839
The f (1) Y is a focal length in the main scanning direction of the first lens, the f (2) Y is a focal length in the main scanning direction of the second lens, and the d 3 is θ = The distance from the optical surface on the first lens target side at 0 ° to the optical surface on the MEMS reflecting mirror side of the second lens, and d 4 is the thickness of the second lens at θ = 0 °. 2. The two-piece fθ lens according to claim 1, wherein d 5 is a distance from the optical surface on the second lens target side to the target at θ = 0 °.
MEMS LSUに適する二片式fθレンズにおいて、
前記二片式fθレンズは、数式(3),(4)をそれぞれ満足し、
主走査方向において、
Figure 0003150839
副走査方向において、
Figure 0003150839
前記f(1)Yと前記f(1)Xは、前記第一レンズの主走査方向と副走査方向の焦点距離であり、前記f(2)Yとf(2)Xは、前記第二レンズの主走査方向と副走査方向の焦点距離であり、前記fsは、前記二片式fθレンズの複合焦点距離であり、前記Rixは、第i光学面がX方向での曲率半径であり、前記nd1と前記nd2は、前記第一レンズと前記第二レンズの屈折率であることを特徴とする請求項1に記載の二片式fθレンズ。
In a two-piece fθ lens suitable for MEMS LSU,
The two-piece fθ lens satisfies Formulas (3) and (4),
In the main scanning direction,
Figure 0003150839
In the sub-scanning direction,
Figure 0003150839
The f (1) Y and the f (1) X are focal lengths of the first lens in the main scanning direction and the sub-scanning direction, and the f (2) Y and f (2) X are the second focal lengths. The focal length in the main scanning direction and the sub-scanning direction of the lens, the fs is the composite focal length of the two-piece fθ lens, and the R ix is the radius of curvature of the i-th optical surface in the X direction. 2. The two-piece fθ lens according to claim 1, wherein n d1 and n d2 are refractive indexes of the first lens and the second lens.
MEMS LSUに適する二片式fθレンズにおいて、
前記二片式fθレンズの最大スポットと最小スポットとの比例値は、数式(5)を満足し、
Figure 0003150839
前記SaとSbは、前記目標物上の走査光線より形成されるスポットの主走査方向及び副走査方向の長さであり、前記δは、前記目標物上の前記最小スポットと前記最大スポットとの比例値であることを特徴とする請求項1記載の二片式fθレンズ。
In a two-piece fθ lens suitable for MEMS LSU,
The proportional value of the maximum spot and the minimum spot of the two-piece fθ lens satisfies Expression (5),
Figure 0003150839
The S a and S b are the lengths in the main scanning direction and the sub scanning direction of the spot formed from the scanning light beam on the target, and δ is the minimum spot and the maximum spot on the target 2. The two-piece fθ lens according to claim 1, wherein
MEMS LSUに適する二片式fθレンズにおいて、
前記目標物上の前記最大スポットの比例値と、前記目標物上の前記最小スポットの比例値は、数式(6),(7)をそれぞれ満足し、
Figure 0003150839
Figure 0003150839
前記Sa0は、前記MEMS反射ミラー反射面上の走査光線のスポットの主走査方向における長さであり、前記Sb0は、前記MEMS反射ミラー反射面上の走査光線のスポットの副走査方向における長さであり、前記Sは、前記目標物上の走査光線より形成されるスポットの主走査方向における長さであり、前記Sは、前記目標物上の走査光線より形成されるスポットの副走査方向における長さであり、前記ηmaxは、前記MEMS反射ミラー反射面上の走査光線のスポットが前記目標物上に走査された前記最大スポットの比例値である、前記ηminは、前記MEMS反射ミラー反射面上の走査光線のスポットが前記目標物上に走査された前記最小スポットの比例値であることを特徴とする請求項1記載のMEMS LSUの二片式fθレンズ。
In a two-piece fθ lens suitable for MEMS LSU,
The proportional value of the maximum spot on the target and the proportional value of the minimum spot on the target satisfy Equations (6) and (7), respectively.
Figure 0003150839
Figure 0003150839
The S a0 is the length in the main scanning direction of the spot of the scanning beam on the MEMS reflecting mirror reflecting surface, and the S b0 is the length of the spot of the scanning beam in the sub-scanning direction on the reflecting surface of the MEMS reflecting mirror. S a is a length in the main scanning direction of a spot formed from the scanning light beam on the target, and S b is a sub-portion of the spot formed from the scanning light beam on the target. The length in the scanning direction, and η max is a proportional value of the maximum spot in which the spot of the scanning beam on the reflection surface of the MEMS reflection mirror is scanned on the target, η min is the MEMS 2. The MEMS LSU 2 according to claim 1, wherein the spot of the scanning beam on the reflecting surface of the reflecting mirror is a proportional value of the minimum spot scanned on the target. Formula fθ lens.
MEMS LSUに適する二片式fθレンズにおいて、
前記MEMS LSUは少なくともレーザービームを出射する光源と、共振により左右に振れながら、光源より出射するレーザービームを走査光線に置き換えるMEMS反射ミラーと、感光対象の目標物より構成し、
前記二片式fθレンズは、前記MEMS反射ミラーから順に追って、メニスカスの凹面を前記MEMS反射ミラー側に設ける第一レンズと、双凹の第二レンズより構成し、
前記第一レンズは第一光学面と第二光学面を含め、前記第一光学面と前記第二光学面は、主走査方向において、少なくとも一つの光学面は非球面体より構成し、
前記MEMS反射ミラーの反射角度と時間が非線型性関係の走査光線スポットを距離と時間が線型性関係を有する走査光線スポットに置き換え、前記第二レンズは第三光学面と第四光学面を有し、前記第三光学面と前記第四光学面の主走査方向において、少なくとも一つの光学面は非球面体より構成し、
前記第一レンズの走査光線を修正して、前記目標物に集光させ、前記二片式fθレンズにより、前記MEMS反射ミラーより反射された走査ビームを前記目標物に結像することを特徴とするMEMS LSUに適する二片式fθレンズ。
In a two-piece fθ lens suitable for MEMS LSU,
The MEMS LSU is composed of at least a light source that emits a laser beam, a MEMS reflection mirror that replaces the laser beam emitted from the light source with a scanning beam while swinging left and right due to resonance, and a target to be exposed.
The two-piece fθ lens is composed of a first lens provided with a concave surface of a meniscus on the side of the MEMS reflecting mirror and a biconcave second lens in order from the MEMS reflecting mirror.
The first lens includes a first optical surface and a second optical surface, and the first optical surface and the second optical surface are composed of an aspherical body in the main scanning direction,
A scanning beam spot having a non-linear relationship between reflection angle and time of the MEMS reflecting mirror is replaced with a scanning beam spot having a linear relationship between distance and time, and the second lens has a third optical surface and a fourth optical surface. In the main scanning direction of the third optical surface and the fourth optical surface, at least one optical surface is composed of an aspherical body,
The scanning beam of the first lens is corrected and condensed on the target, and the scanning beam reflected from the MEMS reflecting mirror is imaged on the target by the two-piece fθ lens. Two-piece fθ lens suitable for MEMS LSU.
MEMS LSUに適する二片式fθレンズにおいて、
前記二片式fθレンズの主走査方向はさらに、数式(8),(9)をそれぞれ満足し、
Figure 0003150839
Figure 0003150839
前記f(1)Yは、前記第一レンズの主走査方向における焦点距離であり、前記f(2)Yは、前記第二レンズの主走査方向における焦点距離であり、前記d3は、θ=0°における前記第一レンズ目標物側の光学面から前記第二レンズのMEMS反射ミラー側の光学面までの距離であり、前記d4は、θ=0°における前記第二レンズの厚みであり、前記d5は、θ=0°における前記第二レンズ目標物側の光学面から前記目標物までの距離であることを特徴とする請求項6記載の二片式fθレンズ。
In a two-piece fθ lens suitable for MEMS LSU,
The main scanning direction of the two-piece fθ lens further satisfies Expressions (8) and (9),
Figure 0003150839
Figure 0003150839
The f (1) Y is a focal length in the main scanning direction of the first lens, the f (2) Y is a focal length in the main scanning direction of the second lens, and the d 3 is θ = 0 ° is the distance from the optical surface on the first lens target side to the optical surface on the MEMS reflecting mirror side of the second lens, and d 4 is the thickness of the second lens at θ = 0 °. The d-piece fθ lens according to claim 6, wherein d 5 is a distance from the optical surface on the second lens target side to the target at θ = 0 °.
MEMS LSUに適する二片式fθレンズにおいて、
前記二片式fθレンズは、数式(10),(11)をそれぞれ満足し、
主走査方向において、
Figure 0003150839
副走査方向において、
Figure 0003150839
前記f(1)Yと前記f(2)Yは、前記第一レンズと前記第二レンズの主走査方向における焦点距離であり、前記fsXは、前記二片式fθレンズの副走査方向における複合焦点距離であり、前記fsYは、前記2片式fθレンズの主走査方向における複合焦点距離であり、前記Rixは、第i光学面の副走査方向の曲率半径であり、前記nd1と前記nd2は、それぞれ第一レンズと第二レンズの屈折率であることを特徴とする請求項6記載の二片式fθレンズ。
In a two-piece fθ lens suitable for MEMS LSU,
The two-piece fθ lens satisfies Expressions (10) and (11),
In the main scanning direction,
Figure 0003150839
In the sub-scanning direction,
Figure 0003150839
The f (1) Y and the f (2) Y are focal lengths in the main scanning direction of the first lens and the second lens, and the f sX is in the sub-scanning direction of the two-piece fθ lens. FsY is a compound focal length in the main scanning direction of the two-piece fθ lens, Rix is a radius of curvature of the i-th optical surface in the sub-scanning direction, and n d1 and The two-piece fθ lens according to claim 6, wherein the n d2 is a refractive index of the first lens and the second lens, respectively.
MEMS LSUに適する二片式fθレンズにおいて、
前記目標物上に形成する最大スポットと最小スポットとの比例値は、数式(12)を満足し、
Figure 0003150839
前記Sは、前記目標物上の走査光線より形成されるスポットの主走査方向の長さであり、前記Sは、前記目標物上の走査光線より形成されるスポットの副走査方向の長さであり、前記δは、前記目標物上の前記最小スポットと前記最大スポットとの比例値であることを特徴とする請求項6の二片式fθレンズ。
In a two-piece fθ lens suitable for MEMS LSU,
The proportional value of the maximum spot and the minimum spot formed on the target satisfies the formula (12),
Figure 0003150839
Wherein S a is the length of the main scanning direction of the spots formed from the scanning beam on the target object, wherein S b is the sub-scanning direction length of the spot formed from the scanning beam on the target The δ is a proportional value between the minimum spot and the maximum spot on the target, and the two-piece fθ lens according to claim 6.
MEMS LSUに適する二片式fθレンズにおいて、
前記目標物上に形成する最大スポットの比例値と前記目標物上に形成する最小スポットとの比例値は、数式(13),(14)を満足し、
Figure 0003150839
Figure 0003150839
前記Sa0は、前記MEMS反射ミラーの反射面上の走査光線のスポットの主走査方向における長さであり、前記Sb0は、前記MEMS反射ミラーの反射面上の走査光線のスポットの副走査方向における長さであり、前記Saは、前記目標物上の走査光線より形成されるスポットの主走査方向における長さであり、前記Sbは、前記目標物上の走査光線より形成されるスポットの副走査方向における長さであり、前記ηmaxは、前記MEMS反射ミラーの反射面上の走査光線のスポットが前記目標物上に走査された前記最大スポットの比例値であり、前記ηminは、前記MEMS反射ミラー反射面上の走査光線のスポットが前記目標物上に走査された前記最小スポットの比例値であることを特徴とする請求項6の二片式fθレンズ。
In a two-piece fθ lens suitable for MEMS LSU,
The proportional value between the maximum spot formed on the target and the minimum spot formed on the target satisfies Equations (13) and (14),
Figure 0003150839
Figure 0003150839
S a0 is the length in the main scanning direction of the spot of the scanning beam on the reflecting surface of the MEMS reflecting mirror, and S b0 is the sub-scanning direction of the spot of the scanning beam on the reflecting surface of the MEMS reflecting mirror. S a is a length in the main scanning direction of a spot formed from the scanning light beam on the target, and S b is a spot formed from the scanning light beam on the target In the sub-scanning direction, and η max is a proportional value of the maximum spot in which a scanning beam spot on the reflecting surface of the MEMS reflecting mirror is scanned on the target, and η min is The two-piece fθ lens according to claim 6, wherein the spot of the scanning beam on the reflecting surface of the MEMS reflecting mirror is a proportional value of the minimum spot scanned on the target.
MEMS LSUに適する二片式fθレンズにおいて、
前記MEMS LSUは少なくともレーザービームを出射する光源と、
共振により左右に振れながら、光源より出射するレーザービームを走査光線に置き換えるMEMS反射ミラーと、感光対象の目標物より構成し、
前記二片式fθレンズは、前記MEMS反射ミラーから順に追って、メニスカスの凹面を前記MEMS反射ミラー側に設ける第一レンズと、メニスカスの凸面をMEMS反射ミラー側に設ける第二レンズより構成し、
前記第一レンズは、第一光学面と第二光学面を有し、前記第一光学面と前記第二光学面は、主走査方向において、少なくとも一つの光学面は非球面体を構成し、前記MEMS反射ミラー側より反射される角度と時間が非線型性関係の走査光線スポットを距離と時間が線型性関係の走査光線スポットに置き換え、
前記第二レンズは第三光学面と第四光学面を有し、前記第三光学面と前記第四光学面の主走査方向において、少なくとも一つの光学面は非球面体から構成し、前記第1レンズの走査光線を修正して、前記目標物上に集光し、前記二片式fθレンズにより、前記MEMS反射ミラーより反射された走査光線を前記目標物に結像することを特徴とするMEMS LSUに適する二片式fθレンズ。
In a two-piece fθ lens suitable for MEMS LSU,
The MEMS LSU includes at least a light source that emits a laser beam;
It consists of a MEMS reflecting mirror that replaces the laser beam emitted from the light source with a scanning beam while swinging left and right due to resonance, and a target to be exposed,
The two-piece fθ lens is composed of a first lens that provides the concave surface of the meniscus on the MEMS reflection mirror side and a second lens that provides the convex surface of the meniscus on the MEMS reflection mirror side in order from the MEMS reflection mirror.
The first lens has a first optical surface and a second optical surface, and the first optical surface and the second optical surface constitute an aspherical body in the main scanning direction. The angle and time reflected from the MEMS reflecting mirror side is replaced with a scanning light spot having a non-linearity relationship with a scanning light spot having a distance and time having a linearity relationship,
The second lens has a third optical surface and a fourth optical surface, and in the main scanning direction of the third optical surface and the fourth optical surface, at least one optical surface is composed of an aspherical body, The scanning beam of one lens is corrected, condensed on the target, and the scanning beam reflected from the MEMS reflecting mirror is imaged on the target by the two-piece fθ lens. Two-piece fθ lens suitable for MEMS LSU.
MEMS LSUに適する二片式fθレンズにおいて、
前記二片式fθレンズの主走査方向はさらに、数式(15),(16)をそれぞれ満足し、
Figure 0003150839
Figure 0003150839
前記f(1)Yは、前記第一レンズの主走査方向における焦点距離であり、前記f(2)Yは、前記第二レンズの主走査方向における焦点距離であり、前記d3は、θ=0°における前記第一レンズ目標物側の光学面から前記第二レンズのMEMS反射ミラー側の光学面までの距離であり、前記d4は、θ=0°における前記第二レンズの厚みであり、前記d5は、θ=0°における前記第二レンズ目標物側の光学面から前記目標物までの距離であることを特徴とする請求項11記載の二片式fθレンズ。
In a two-piece fθ lens suitable for MEMS LSU,
The main scanning direction of the two-piece fθ lens further satisfies Expressions (15) and (16), respectively.
Figure 0003150839
Figure 0003150839
The f (1) Y is a focal length in the main scanning direction of the first lens, the f (2) Y is a focal length in the main scanning direction of the second lens, and the d 3 is θ = 0 ° is the distance from the optical surface on the first lens target side to the optical surface on the MEMS reflecting mirror side of the second lens, and d 4 is the thickness of the second lens at θ = 0 °. 12. The two-piece fθ lens according to claim 11, wherein d 5 is a distance from the optical surface on the second lens target side to the target at θ = 0 °.
MEMS LSUに適する二片式fθレンズにおいて、
さらに数式(17),(18)をそれぞれ満足し、
主走査方向において、
Figure 0003150839
副走査方向において、
Figure 0003150839
前記f(1)Yと前記f(2)Yは、前記第一レンズと前記第二レンズの主走査方向における焦点距離であり、前記fsXは、前記二片式fθレンズの副走査方向における複合焦点距離であり、前記fsYは、前記二片式fθレンズの主走査方向における複合焦点距離であり、前記Rixは、第i光学面の副走査方向の曲率半径であり、前記nd1と前記nd2は、それぞれ前記第一レンズと前記第二レンズの屈折率であることを特徴とする請求項11記載のMEMS LSUに適する二片式fθレンズ。
In a two-piece fθ lens suitable for MEMS LSU,
Furthermore, the expressions (17) and (18) are satisfied,
In the main scanning direction,
Figure 0003150839
In the sub-scanning direction,
Figure 0003150839
The f (1) Y and the f (2) Y are focal lengths in the main scanning direction of the first lens and the second lens, and the f sX is in the sub-scanning direction of the two-piece fθ lens. FsY is a compound focal length in the main scanning direction of the two-piece fθ lens, Rix is a radius of curvature of the i-th optical surface in the sub-scanning direction, and n d1 The two-piece fθ lens suitable for MEMS LSU according to claim 11, wherein the n d2 is a refractive index of the first lens and the second lens, respectively.
MEMS LSUに適する二片式fθレンズにおいて、
前記目標物上に形成する最大スポットと最小スポットとの比例値は、数式(18)を満足し、
Figure 0003150839
前記Saは、前記目標物上の走査光線より形成されるスポットの主走査方向の長さであり、前記Sbは、前記目標物上の走査光線より形成されるスポットの副走査方向の長さであり、前記δは、前記目標物上の前記最小スポットと前記最大スポットとの比例値であることを特徴する請求項11記載の二片式fθレンズ。
In a two-piece fθ lens suitable for MEMS LSU,
The proportional value of the maximum spot and the minimum spot formed on the target satisfies the formula (18),
Figure 0003150839
The Sa is the length in the main scanning direction of the spot formed from the scanning light beam on the target, and the S b is the length in the sub-scanning direction of the spot formed from the scanning light beam on the target. The two-piece fθ lens according to claim 11, wherein the δ is a proportional value between the minimum spot and the maximum spot on the target.
MEMS LSUに適する二片式fθレンズにおいて、
前記目標物上の最大スポットの比例値と、前記目標物上の最小スポットの比例値は、数式(20),(21)をそれぞれ満足し、
Figure 0003150839
Figure 0003150839
前記Sa0は、前記MEMS反射ミラーの反射面上の走査光線のスポットの主走査方向における長さであり、前記Sb0は、前記MEMS反射ミラーの反射面上の走査光線のスポットの副走査方向における長さであり、前記Saは、前記目標物上の走査光線より形成されるスポットの主走査方向における長さであり、前記Sbは、前記目標物上の走査光線より形成されるスポットの副走査方向における長さであり、前記ηmaxは、前記MEMS反射ミラーの反射面上の走査光線のスポットが前記目標物上に走査された前記最大スポットの比例値であり、前記ηminは、前記MEMS反射ミラーの反射面上の走査光線のスポットが前記目標物上に走査された前記最小スポットの比例値であることを特徴とする請求項11記載のMEMS LSUの二片式fθレンズ。





























In a two-piece fθ lens suitable for MEMS LSU,
The proportional value of the maximum spot on the target and the proportional value of the minimum spot on the target satisfy Equations (20) and (21), respectively.
Figure 0003150839
Figure 0003150839
S a0 is the length in the main scanning direction of the spot of the scanning beam on the reflecting surface of the MEMS reflecting mirror, and S b0 is the sub-scanning direction of the spot of the scanning beam on the reflecting surface of the MEMS reflecting mirror. S a is a length in the main scanning direction of a spot formed from the scanning light beam on the target, and S b is a spot formed from the scanning light beam on the target In the sub-scanning direction, and η max is a proportional value of the maximum spot in which a scanning beam spot on the reflecting surface of the MEMS reflecting mirror is scanned on the target, and η min is The MEMS LSU two-piece fθ lens according to claim 11, wherein the spot of the scanning beam on the reflecting surface of the MEMS reflecting mirror is a proportional value of the minimum spot scanned on the target.





























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