(57)【要約】【課題】一種のMEMSレーザー走査装置に適する単片式ｆθレンズを提供する。【解決手段】メニスカスの凹面をMEMS反射ミラー側に設けて構成し、第１光学面と第２光学面を備え、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た上、目標物に集光させ、特定の光学条件を満足し、線型性走査効果及び高解像度走査の目的を実現できる。【選択図】図３
0003149596.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
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）に適する単片式ｆθレンズにおいて、
少なくとも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ビームを走査光線に反射す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備えた前記MEMS LSUと、
メニスカスの凹面を前記MEMS反射ミラー側に設け、第１光学面と第２光学面を備え、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た上前記目標物に集光することを構成した前記単片式ｆθレンズ、
前記MEMS反射ミラーによって、反射された走査光線を前記目標物上に結像することを特徴するMEMS LSUに適する単片式ｆθレンズ。
【請求項２】
前記単片式ｆθレンズの主走査方向は、下記の数式を満足することを特徴とする請求項１に記載の単片式ｆθレンズ。
0003149596.tif 000024
（式中で、fYは、前記単片式ｆθレンズの主走査方向の焦点距離を、d3 は、θ=0°レンズの目標物側光学面から前記目標物までの距離をそれぞれ示す。）
【請求項３】
前記単片式ｆθレンズの主走査方向および副走査方向は、下記の数式をそれぞれ満足することを特徴とする請求項１に記載の単片式ｆθレンズ。
主走査方向において、
0003149596.tif 000025
副走査方向において、
0003149596.tif 000026
（式中で、fYは、前記単片式ｆθレンズの主走査方向の焦点距離を、fS は、前記単片式ｆθレンズの焦点距離を、Rix は、第i光学面がＸ方向での曲率半径を、nd は、前記単片式ｆθレンズの屈折率をそれぞれ示す。）
【請求項４】
前記単片式ｆθレンズの最大スポットと最小スポットとの比例値は、下記の数式を満足することを特徴とする請求項１に記載の単片式ｆθレンズ。
0003149596.tif 000027
（式中で、Sa とSbbは、感光ドラム上の走査光線より形成するいずれのスポットが主走査方向と副走査方向の長さを、δは、前記感光ドラム上の最小スポットと最大スポットとの比例値をそれぞれ示す。）
【請求項５】
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、下記の式をそれぞれ満足することを特徴とする請求項１に記載の単片式ｆθレンズ。
0003149596.tif 000028
（式中で、Sa0とSb0 は、MEMS反射ミラーの反射面上の走査光線のスポットが主走査方向と副走査方向の長さを、Sa とSbは、感光ドラム上の走査光線より形成するいずれのスポットが主走査方向と副走査方向の長さを、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最大スポットの比例値を、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最小スポットの比例値をそれぞれ示す。）
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は一種の微小電子機械システムレーザー走査装置(Micro Electric Mechanical System Laser Scanning Unit以下、MEMS LSUという)の単片式ｆθレンズに係わり、特に一種の単振動する微小電子機械反射ミラーが発生する時間と正弦関係の角度変化に修正して、レーザー走査装置の要求する線型性走査効果を実現する単片式ｆθレンズに係わる。
【背景技術】
【０００２】
現在、レーザービームプリンタ(Laser Beam Printer, LBP)用のレーザー走査装置(Laser Scanning Unit, LSU)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)を行うものは、米国特許US7079171号、US6377293号、US6295116号、及び中華民国特許I198966号などが開示されている。その原理は主に以下述べるように、まず、半導体レーザーから出射するレーザービーム(laser beam)は、コリメータ(collimator)を通過し、絞り(aperture)を経て平行ビームを形成する。形成した平行ビームはさらに円柱レンズ(cylindrical lens)を通過し、副走査方向(sub scanning direction)のＹ軸上の幅は、主走査方向(main scanning direction)のＸ軸の平行方向に平行収束して線画像(line image)を形成した上、高速回転のポリゴンミラーに投射する。そのポリゴンミラー上は均一に、かつ連続した多面の反射ミラーで構成し、前記線画像(line image)の焦点位置上又はその焦点位置に近い場所に設けられている。このポリゴンミラーはレーザービームの投射方向を制御し、連続した複数の反射ミラーが高速回転するとき、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)で、ｆθ線型性走査レンズへ斜めに反射することができる。ｆθ線型性走査レンズは、ポリゴンミラーの側面に設けられて、単片式走査レンズ(single-element scanning lens)の構造または２片式レンズの構造であってもよい。このｆθ線型性走査レンズの機能は、ポリゴンミラーの反射ミラーによってｆθレンズに入射されたレーザービームを楕円形スポットに収束して、光受容ドラム(photoreceptor drum)すなわち、結像面上に投射し、その上、線型性走査(scanning linearity)の要求に達成すること。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許US7079171号
【特許文献２】米国特許US6377293号
【特許文献３】米国特許US6295116号
【特許文献４】中華民国特許I198966号
【特許文献５】米国特許US6,844,951号
【特許文献６】米国特許US6,956,597号
【特許文献７】米国特許US7,064,876号
【特許文献８】米国特許US7,184,187号
【特許文献９】米国特許US7,190,499号
【特許文献１０】米国特許US2006/0033021号
【特許文献１１】米国特許US2007/0008401号
【特許文献１２】米国特許US2006/0279826号
【特許文献１３】中華民国特許TW M253133号
【特許文献１４】日本国特許JP 2006-201350号
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来から提案されているレーザー走査装置を使用のときに、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、レーザー走査装置(Laser Scanning Unit、以下LSUと略する)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、反射ミラーの反射面のＹ軸の幅がきわめて薄く作られていることによって、先行技術のLSU中には、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、起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に照準し、ポリゴンミラーの中心軸では照準されていないという仕組みになっているため、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。
【０００５】
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(oscillatory)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を制御の代わりになる。MEMS反射ミラーはねじれ発振器(tortion oscillators)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)又はレーザープリンタ(laser printer)のLSUに応用でき、その走査効率 (Scanning efficiency）は従来の回転式ポリゴンミラーより高いとみられる。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発生し、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、駆動信号によって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、US2006/0033021号、US2007/0008401号、US2006/0279826号又は中華民国特許TW M253133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反射ミラーを先行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JP 2006-201350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(harmonic motion)が開始される。この単振動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、
【０００６】
【数１】
0003149596.tif 000003
【０００７】
上の数式において、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。
【０００８】
よって、同じ時間間隔において、Δtの対応する反射角度の変化量が異なり、かつ累減であり、時間と正弦関数(Sinusoidal)関係を形成する。すなわち、同じ時間間隔Δtにおいて、反射角度の変化は、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が形成する。反射された光線がそれぞれの角度より目標物に投射されたときは、角度はそれぞれ異なるため、同じ時間間隔で発生するスポット距離が異なってくる。
【０００９】
MEMS反射ミラーが正弦波の波峰又は波谷におけるとき、それぞれの角度変化量は時間に従い累増又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速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反射ミラーの振動で、時間と正弦関係によって形成された角度変化量が修正できないため、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になり、結像面の結像偏差を発生する。一方、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）、その特性として、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。上記のようにMEMS LSU用のｆθレンズが走査ビーム修正に応用し、目標物上に正確に結像できるものを開発するのは急務である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
主にメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー側に設ける単片式レンズからなり、MEMS反射ミラーによって反射された走査光線を目標物上に正確に結像することにより、LSUが要求する線型性走査効果の実現を図る、一種のMEMS LSUに適する単片式ｆθレンズを提供することを本考案の第一目的とする。
【００１１】
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に適する単片式ｆθレンズを提供することを本考案の第二目的とする。
【００１２】
走査光線の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、感光ドラム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行い、それぞれの結像スポットサイズを均一化し解像度品質(resolution quality)効果向上の実現を図る、一種のMEMS LSUに適する単片式ｆθレンズを提供することを本考案の第三目的とする。
【００１３】
よって、本考案のMEMS LSUに適する単片式ｆθレンズは、少なくともレーザービームを出射する光源、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。レーザープリンタにとって、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単片式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)を形成する。一方、感光ドラムの感光した潜像はトナー現像され、トナーを紙に転写して、データをプリントアウトする。
【００１４】
本考案の単片式ｆθレンズは、主に第１光学面と第２光学面とを含め、単振動するMEMS反射ミラーを結像面上のスポット間隔を従来では時間の増加に従い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、レーザービームを結像面への投射が等速度走査を行い、かつ走査光線を主走査方向と副走査方向が光軸の外れによる結像偏差を均一化させ、走査光線を修正して目標物に集光させる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本考案による単片式ｆθレンズの光路概略図である。
【図２】本考案によるMEMS反射ミラーの走査角度θと時間ｔとの関係図である。
【図３】本考案の第１レンズと第２レンズを通り抜ける走査光線の光路図と符号説明図である。
【図４】本考案による走査光線を感光ドラム上に投射された後、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。
【図５】本考案の第１実施例による光路態様図である。
【図６】本考案の第１実施例によるスポット概略図である。
【図７】本考案の第２実施例による光路態様図である。
【図８】本考案の第２実施例によるスポット概略図である。
【図９】本考案の第３実施例による光路態様図である。
【図１０】本考案の第３実施例によるスポット概略図である。
【図１１】本考案の第４実施例による光路態様図である。および
【図１２】本考案の第４実施例によるスポット概略図である。
【考案を実施するための形態】
【実施例１】
【００１６】
図１には、本考案によるMEMS LSUの単片式ｆθレンズの光路の概略図を示す。本考案によるMEMS LSUの単片式ｆθレンズ１３は、第１光学面と第２光学面を含め、MEMS LSUに適する。図示の通り、MEMS LSU装置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を異なる時間点に反射した走査光線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)、Ｙ方向における投影が主走査方向(main scanning direction)と、それぞれ称する。さらに、MEMS反射ミラー１０の走査角度をθｃと称する。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、光電センサー１４ａ、１４ｂをMEMS反射ミラー１０の最大走査角度±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、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と同時に図１の走査光線が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、走査光線が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。最後に、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）。一方、MEMS反射ミラー１０が逆振動すると、バンドａ’−ｂ’も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。
【００１７】
図３には、ｆθレンズを通り抜ける走査光線の光路図を示す。そのうち、±θｎは図１に示すような有効走査角度である。MEMS反射ミラー１０の回転角度が±θｎ区域に入ると、レーザー光源１１が駆動されて、走査待ちのレーザービーム１１１を出射し、MEMS反射ミラー１０によって走査光線に反射し、この走査光線はｆθレンズ１３を通り抜け、ｆθレンズ１３の第１光学面と第２光学面の折り返し反射により、MEMS反射ミラー１０による反射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に転換した走査光線になる。ｆθレンズ１３を通り抜けた後、第１光学面、第２光学面による収束効果で、走査光線を感光ドラム１５上に収束させ、この感光ドラム１５に一列のスポット(Spot) ２を形成する。感光ドラム１５上に投射するスポットの中に二つの最も遠いスポット２との間隔が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１光学面までの距離を、ｄ２は、第１光学面から第２光学面までの距離を、ｄ３は、第２光学面から感光ドラム１５までの距離を、Ｒ１は、第１光学面の曲率半径(Curvature)を、Ｒ２は、第２光学面の曲率半径をそれぞれ示す。
【００１８】
図４には、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を示す。走査光線１１３ａが光軸方向に沿って、ｆθレンズ１３を通り抜けた後、感光ドラム１５に投射されたときは、ｆθレンズ１３への入射角度がゼロであるため、主走査方向の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１１３ｂと１１３ｃがｆθレンズ１３を通り抜けて、感光ドラム１５に投射するときは、ｆθレンズ１３への入射面と光軸と挟んだ角度がゼロでないのに伴い、主走査方向におけるシフト率もゼロでない。よって、主走査方向における投影の長さは走査光線１１１ａが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あり、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上で結像するスポット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）および副走査方向（Ｘ方向）の長さを、ＳａとＳｂは、感光ドラム１５上で走査光線が形成されるいずれのスポットのＹ方向とＸ方向の長さをそれぞれ示す。本考案による単片式ｆθレンズは、主走査方向におけるスポットサイズはｆθレンズ１３のひずみ補正(distortion correction)により、スポットサイズを限られた範囲に制限するほか、副走査方向によりスポットサイズをｆθレンズ１３のひずみ補正によって、スポットサイズを限られた範囲に制限し、各スポットのサイズ分布（最も大きいスポットと最も小さいスポットの比例値）を適切な範囲に制限した上、必要な解像度を提供する。
【００１９】
上記した効果を達成するため、本考案による単片式ｆθレンズの第１光学面または第２光学面は、球面あるいは非球面に設計することができる。なお、非球面設計のとき、以下の数式による。
【００２０】
【数２】
0003149596.tif 000004
【００２１】
式中で、Ｚは、レンズ上いずれの点が光軸方向から原点の切平面までの距離(SAG)を、ＣｘとＣｙは、それぞれＸ方向及びＹ方向の曲率(curvature)を、ＫｘとＫｙは、それぞれＸ方向及びＹ方向の円錐係数(Conic coefficient)を、ＡＲ、ＢＲ、ＣＲとＤＲは、それぞれ回転対称部(rotationally symmetric portion)の４、６、８と１０冪乗の円錐変形係数(deformation from the conic)を、ＡＰ、ＢＰ、ＣＰ、とＤＰは、それぞれ非回転対称部(non-rotationally symmetric components)の４、６、８と１０冪乗の円錐変形係数(deformation from the conic)をそれぞれ示す。Ｃｘ＝Ｃｙ、Ｋｘ＝ＫｙかつＡＰ＝ＢＰ＝ＣＰ＝ＤＰ＝０のときは、単一の非球面体に簡略化する。
【００２２】
【数３】
0003149596.tif 000005
【００２３】
式中で、Ｚは、レンズ上いずれの点が光軸方向から原点切平面までの距離(SAG)を、ＣｙとＣｘとは、それぞれＹ方向とＸ方向の曲率(curvature)を、Ｋｙは、Ｙ方向の円錐係数(Conic coefficient)を、Ｂ４、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(deformation from the conic)をそれぞれ示す。Ｃｘ＝ＣｙかつＫｙ＝ＡＰ＝ＢＰ＝ＣＰ＝ＤＰ＝０のときは、単一の球面体に簡略化する。
【００２４】
走査光線を目標物上の結像の走査速度を等速度に維持し、２つの同じ時間間隔において、２つのスポットの距離を同じに維持することが考えられる。本考案による単片式ｆθレンズは走査光線１１３ａから走査光線１１３ｂまでの間に、走査光線の出射角度の修正を行い、同じ時間間隔を持つ２つの走査光線は出射角度の修正により、結像の感光ドラム１５上に形成される２つのスポット距離を同じにする。本考案による単片式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までの間において、感光ドラム１５上に集光させ、結像する作業を行うことによって、より小さいスポットを形成することができる。本考案による単片式ｆθレンズはさらに、感光ドラム１５上に結像するスポットサイズを均一化（ただし、解像度の要求に相応しい範囲に限る）することにより、最適な解像度効果が得られる。
【００２５】
本考案による単片式ｆθ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１光学面と第２光学面を備える。前記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のスポットを距離と時間が線型性関係を有する走査光線のスポットに置き換えた上、走査光線を修正し、目標物に集光するように設計される。この単片式ｆθレンズ１３によってMEMS反射ミラー１０に反射した走査光線を感光ドラム１５上に結像させる。そのうち、第１光学面と第２光学面は主走査方向において、少なくとも一つの非球面体で構成する光学面を有し、第１光学面と第２光学面は副走査方向において、少なくとも一つの非球面体で構成する光学面を有する。さらに、単片式ｆθレンズ１３の構成について、光学効果上、本考案による単片式ｆθレンズでは主走査方向において、さらに４の数式の条件を満足する。
【００２６】
【数４】
0003149596.tif 000006
【００２７】
もしくは、主走査方向において、５の数式を満足する。
【００２８】
【数５】
0003149596.tif 000007
【００２９】
かつ、副走査方向において、６の数式を満足する。
【００３０】
【数６】
0003149596.tif 000008
【００３１】
式中で、ｆYは、ｆθレンズ１３が主走査方向における焦点距離を、ｄ３は、θ＝０°にｆθレンズ１３目標物側の光学面から目標物までの距離を、ｆｓは、単片式ｆθレンズ１３の焦点距離を、Ｒｉｘは、第ｉ光学面がＸ方向の曲率半径を、ｎｄは、ｆθレンズ１３の屈折率(refraction index)をそれぞれ示す。
【００３２】
なお、本考案による単片式ｆθレンズが形成するスポットが均一されている。その最大スポットと最小スポットの比例値はδで７の数式が示す通りの条件を満足している。
【００３３】
【数７】
0003149596.tif 000009
【００３４】
さらに、本考案による単片式ｆθレンズの解像度は、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上に走査されたスポットの最大比例値(Ratio of scanning light of maximum Spot)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目標物上に走査されたスポットの最小比例値(Ratio of scanning light of minimum Spot)をそれぞれ表すことにより、９の数式と１０の数式の条件を満足できる。
【００３５】
【数８】
0003149596.tif 000010
【００３６】
【数９】
0003149596.tif 000011
【００３７】
式中で、ＳａとＳｂは、感光ドラム上の走査光線より形成するいずれのスポットが主走査方向と副走査方向の長さを、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が主走査方向と副走査方向の長さをそれぞれ示す。
【００３８】
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。
【００３９】
以下に開示される実施例は、本考案によるMEMS LSUの単片式ｆθレンズの主要構成素子の説明を目的とする。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単片式ｆθレンズ以外の構造は先行技術であるため、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に適する単片式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の単片式ｆθレンズの各構成素子は様々な改変、修正、ないし等効果変化することができる。一例として、曲率半径又は面形の設計、部材選択、間隔調整などは制限されないものとする。
【００４０】
第１実施例
本実施例において、MEMS LSUの単片式ｆθレンズ１３はメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー側に設けられたレンズで構成する。第１光学面が非球面体とし、３の数式の非球面体公式に従い設計する。第２光学面が非球面体とし、２の数式の非球面体公式に従い設計する。その光学特性と非球面体のパラメータを、表１と表２に示すとおりである。
【００４１】
【表１】
0003149596.tif 000012
【００４２】
【表２】
0003149596.tif 000013
【００４３】
これによる構成した単片式ｆθレンズ１３の光学面と光路図は、図５に示す。fX＝34.432、fY＝431.228のときには走査光線を距離と時間が線型性関係を持つ走査光線の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＝ 13.616、Sb0＝ 3747.202にすることによって、走査光線に走査して、感光ドラム１５上に収束して、小さいスポットに形成する、それに、表３に示す４〜１０の数式の条件を満足する。スポットサイズは中心軸５から走査ウィンドウ３の右側までの分布は、図６に示すスポット６ａ（中心軸）、６ｂ〜６ｊ（走査ウィンドウ３最右側）であり、走査ウィンドウ３の左側と右側がお互いに釣り合い、かつ同じである。
【００４４】
【表３】
0003149596.tif 000014
【００４５】
第２実施例
本実施例において、単片式ｆθレンズ１３はメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー側に設けられたレンズから構成する。第１光学面が非球面体とし、３の数式の非球面体公式に従い設計する。第２光学面が非球面体とし、２の数式の非球面体公式に従い設計する。その光学特性と非球面体のパラメータを、表４と表５に示す。
【００４６】
【表４】
0003149596.tif 000015
【００４７】
【表５】
0003149596.tif 000016
【００４８】
これによる構成した単片式ｆθレンズ１３の光学面の光路図は、図７に示す。fX＝ 34.406、fY＝ 413.661のときに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＝ 13.64、Sb0＝ 3720.126にすることによって、走査光線に走査して、感光ドラム１５上に収束して、小さいスポットに形成する。表６に示す４〜１０の数式の条件を満足する。スポットサイズは中心軸７から走査ウィンドウ３の右側の分布は、図８に示すスポット８ａ（中心軸）、 ８ｂ〜８ｊ（走査ウィンドウ３最右側）であり、走査ウィンドウ３の左側と右側がお互いに釣り合い、かつ同じである。
【００４９】
【表６】
0003149596.tif 000017
【００５０】
第３実施例
本実施例において、単片式ｆθレンズ１３はメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー側に設けられたレンズから構成する。第１光学面が非球面体とし、３の数式の非球面体公式に従い設計する。第２光学面が非球面体とし、２の数式の非球面体公式に従い設計する。その光学特性と非球面体のパラメータを、表７と表８に示すとおりである。
【００５１】
【表７】
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【００５２】
【表８】
0003149596.tif 000019
【００５３】
これによる構成した単片式ｆθレンズ１３の光学面の光路図は、図９に示す。f(1)Y＝ 4831.254、f(2)Y＝ -559.613のときに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＝ 14.488、Sb0＝ 2800.64にすることによって、走査光線をに走査して、感光ドラム１５上に収束して、小さいスポットに形成する。表９に示す４〜１０の数式の条件を満足する。スポットサイズは中心軸９から走査ウィンドウ３の右側の分布は、図１０に示すスポット１０ａ（中心軸）、１０ｂ〜１０ｊ（走査ウィンドウ３最右側）であり、走査ウィンドウ３の左側と右側がお互いに釣り合い、かつ同じである。
【００５４】
【表９】
0003149596.tif 000020
【００５５】
第４実施例
本実施例において、単片式ｆθレンズ１３はメニスカスの凹面をMEMS反射ミラー側に設けられたレンズから構成する。第１光学面が非球面体とし、３の数式の非球面体公式に従い設計する。第２光学面が非球面体とし、２の数式の非球面体公式に従い設計する。その光学特性と非球面体のパラメータを、表１０と表１１に示す。
【００５６】
【表１０】
0003149596.tif 000021
【００５７】
【表１１】
0003149596.tif 000022
【００５８】
これによる構成した単片式ｆθレンズ１３の光学面の光路図は、図１１に示す。fX＝ 33.431、fY＝938.65のときに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＝ 11.288、Sb0＝ 3517.812にすることによって走査光線に走査して、感光ドラム１５上に収束して、小さいスポットに形成する、表１２に示す４〜１０の数式の条件を満足する。スポットサイズは中心軸１１から走査ウィンドウ３の右側の分布は、図１２に示すスポット１２ａ（中心軸）、 １２ｂ〜１２ｊ （走査ウィンドウ３最右側）であり、走査ウィンドウ３の左側と右側がお互いに釣り合い、かつ同じである。
【００５９】
【表１２】
0003149596.tif 000023
【００６０】
上記の実施例の説明から、本考案は少なくとも以下の効果を実現できる。
（イ）本考案による単片式ｆθレンズを設けることにより、単振動運動のMEMS反射ミラーの結像面上のスポットの間隔を元の時間による累増又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、目標物上での結像が形成される二つのスポットとの間隔を一致させることができる。
（ロ）本考案による単片式ｆθレンズの設置は、主走査方向と副走査方向の走査光線のひずみ補正処理により、目標物上に結像されるスポットを小さくすることができる。
（ハ）本考案による単片式ｆθレンズの設置は、主走査方向と副走査方向の走査光線のひずみ補正処理により、目標物に結像され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、なんらの制限を加わるものではない。当該技術を熟知する者は、本考案の請求範囲による改変、修正、ないし等効果変化することができるものが、本考案の請求範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００６１】
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
１３ ｆθレンズ
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
５、７、９、１１ 中心軸
６、８、１０、１２ ０．１ｍｍの幾何学的スポット
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ、６ｇ、６ｈ スポット
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ、８ｇ、８ｈ、８ｉ、８ｊ スポット
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ、１０ｉ、１０ｊ スポット、および
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ、１２ｊ スポット
【図１】
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【図２】
0003149596.tif 000030
【図３】
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【図４】
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【図５】
0003149596.tif 000033
【図６】
0003149596.tif 000034
【図７】
0003149596.tif 000035
【図８】
0003149596.tif 000036
【図９】
0003149596.tif 000037
【図１０】
0003149596.tif 000038
【図１１】
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【図１２】
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