KR100207798B1 - 레이저 스캐닝 유닛트 - Google Patents

Abstract

폴리건 미러가 초고속 회전함으로써 폴리건 미러의 모서리 부분에 집중적으로 발생하는 인장 변형을 방지한 레이저 스캐닝 유닛트의 폴리건 미러가 개시된다.

본 발명에 의하면 레이저 빔을 출사하는 출사수단과, 일정속도로 회전하여 상기 레이저 빔을 결상면의 소정 위치로 편향시키기 위해 측부에 다수개의 경면들을 갖는 편향수단과, 편향수단에 의해 편향된 레이저 빔을 상기 결상면에 결상 시키는 결상수단과, 원심력에 의한 편향수단의 변형의 차를 제거하기 위해 편향수단상에 형성된 질량 편심 보정수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

레이저 스캐닝 유닛트

본 발명은 레이저 스캐닝 유닛트의 폴리건 미러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리건 미러가 초고속 회전함으로써 폴리건 미러의 모서리 부분에 집중적으로 발생하는 인장 변형을 방지한 레이저 스캐닝 유닛트의 폴리건 미러에 관한 것이다.

널리 공지된 바와 같이 레이저 프린터, 스캐너 등에 폭넓게 응용되고 있는 레이저 스캐닝 유닛트는 면 발광 다이오우드, 반도체 다이오우드와 같은 레이저 빔 출사장치에 의해 생성된 레이저 빔을 초고속 회전하는 스캐닝 모터에 장착된 폴리건 미러의 경면에 주사함으로써 레이저 빔이 폴리건 미러에 의해 편향되도록 한 후, 편향된 레이저 빔이 다수 렌즈군을 통과한 다음 레이저 프린터의 감광드럼과 같은 결상면에 정전잠상을 형성하도록 하는 장치이다.

여기서, 폴리건 미러는 일반적으로 반사율이 높고 정밀 가공이 용이하도록 알루미늄 재질로 형성되어 있다.

한편, 기 언급한 레이저 빔 출사장치에 의해 발생된 레이저 빔이 폴리건 미러에 의해 편향될 때, 레이저 빔의 편향 경로는 폴리건 미러의 흔들림 및 폴리건 미러 경면의 미세한 표면 거칠기 및 미세 굴곡에 의해서도 편향 경로 오차가 발생하게 되므로, 스캐닝 모터의 진동 방지 및 폴리건 미러의 경면은 매우 정밀하고 매끈하게 가공되어 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 레이저 스캐닝 유닛트의 폴리건 미러는 그 회전 속도가 증가될수록 인접한 두 경면이 만나는 모서리 부분에서 발생하는 원심력과, 폴리건 미러 경면의 중심 부분에서 발생하는 원심력 사이에 큰 차이가 발생하게 되어 폴리건 미러의 회전 속도가 일정 속도 이상에 도달하였을 경우 이 원심력의 차이에 의해 폴리건 미러의 모서리 부분에서는 신장이 발생하게 되고, 폴리건 미러의 경면 중심 부분에서는 폴리건 미러 모서리 부분의 신장에 따라 함몰되는 부분이 발생하게 된다. 이와 같이 폴리건 미러가 초고속 회전하면서 발생한 변형량을 표 1에 나타내었다.

변형값㎛ r.p.m	11,244	20,000	30,000	50,000	58,000	70,000
최대변형값 ㎛	0.043	0.138	0.311	0.864	1.42	1.690
최소변형값 ㎛	0.036	0.116	0.261	0.724	1.23	1.420
변형값의 차㎛	0.007	0.022	0.050	0.140	0.19	0.270

최대변형값; 폴리건 미러의 모서리에서의 변형

최소변형값; 폴리건 미러의 경면 중심 부분에서의 변형

표 1에서 나타난 바와 같이 폴리건 미러가 58,000 r.p.m으로 회전함에 따라 발생하는 폴리건 미러의 최대변형값에 의해 발생한 레이저 빔의 경로 오차는 결상면과 폴리건 미러의 거리가 45cm일 때 약 7㎛가 발생하게 되는 것으로 알려져 있다. 이와 같은 7㎛의 경로 오차는 폴리건 미러의 변형에 의해 레이저 빔의 반사각이 가변 되었기 때문이다.

이와 같이 레이저 빔이 지정된 위치에 도달하지 않고 그 위치 편차가 7㎛정도 발생할 경우 실제 정밀하게 인쇄되어야 하는 레이저 프린터의 해상도에 영향을 주게 되는 것이다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 종래 레이저 스캐닝 유닛트의 폴리건 미러가 초고속 회전함에 따라 폴리건 미러에 변형이 발생함을 감안하여 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 폴리건 미러의 변형을 방지하는 질량 편심 보정부를 폴리건 미러에 형성하여 초고속으로 회전하는 폴리건 미러의 변형을 방지함에 있다.

도 1은 본 발명에 의한 레이저 스캐닝 유닛트를 도시한 사시도.

도 2는 도 1의 폴리건 미러를 도시한 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 반도체 다이오우드 103 : 폴리건 미러

104 : 스캐닝 모터 200 : 질량편심 보정부

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 레이저 스캐닝 유닛트는 레이저 빔을 출사하는 출사수단과;

일정속도로 회전하여 상기 레이저 빔을 결상면의 소정 위치로 편향시키기 위해 측부에 다수개의 경면들을 갖는 편향수단과;

상기 편향수단에 의해 편향된 레이저 빔을 상기 결상면에 결상 시키는 결상수단과;

원심력에 의한 상기 편향수단의 변형의 차를 제거하기 위해 상기 편향수단상에 형성된 질량 편심 보정수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 질량 편심 보정수단은 상기 편향수단의 다수 상기 경면들에 의해 이루어지는 모서리부에 대응하여 형성되며, 모서리부의 질량에 대응하는 질량만큼을 제거한 관통공인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 질량 편심 보정수단은 상기 모서리부와 상기 편향수단의 중심을 연결하는 축을 장축으로 하는 타원형상인 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 질량 편심 보정수단은 상기 편향수단의 다수 상기 경면들에 의해 이루어지는 모서리부에 대응하여 형성되며, 모서리부의 질량에 대응하는 질량만큼을 제거한 그루우브(groove)이어도 무방하다.

이하, 본 발명 레이저 스캐닝 유닛트의 폴리건 미러를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 폴리건 미러가 장착된 레이저 스캐닝 유닛트의 구성 및 작용을 도시한 사시도이다.

본 발명에 의한 레이저 스캐닝 유닛트는 광원으로 사용되는 레이저 빔을 출사시키는 반도체 레이저 다이오우드(100)와, 이 반도체 레이저 다이오우드(100)에서 출사된 레이저 빔을 광축에 대해 평행광으로 만들어주는 콜리메이터 렌즈(101)와, 이 콜리메이터 렌즈(101)를 통한 평행광을 부주사 방향에 대해 수평방향의 선형광으로 만들어 주는 실린더형 렌즈(102)와, 이 실린더형 렌즈(102)를 통한 수평방향의 선형광을 등선속도로 이동시켜 스캐닝 하는 본 발명에 의한 질량 편심 보정부를 구비하고 있는 폴리건 미러(103)를 포함한다.

또한, 레이저 스캐닝 유닛트는 이 폴리건 미러(103)를 등선속도로 회전시키는 스캐닝 모터(104)와, 광축에 대해 일정한 음의 굴절률을 갖고 상기 폴리건 미러(103)를 통한 등선속도의 광을 주 스캐닝 방향으로 편광 시키고 구면수차를 보정하여 스캐닝 면상에 포커스를 맞추어 주는 결상용 렌즈군(105)과, 이 결상용 렌즈군(105)을 통한 레이저 빔을 수직으로 반사시켜 결상면인 감광드럼(107)의 표면에 점상으로 결상 시키는 결상용 반사미러(106)와, 상기 결상용 렌즈군(105)을 통한 레이저 빔을 수평방향으로 반사시켜 주는 수평동기 미러(108)와, 수평동기 미러(108)에서 반사된 레이저 빔을 수광하여 동기를 맞추어 주기 위한 광센서(109)를 포함하고 있는 것이다.

도 2는 이와 같은 구성을 갖는 레이저 스캐닝 유닛트의 폴리건 미러(103)를 도시한 평면도로, 폴리건 미러(103)는 소정 두께를 갖는 5각형, 6각형, 8각형이 있을 수 있지만 본 발명에서는 바람직하게 6각형의 폴리건 미러(103)를 일실시예로 설명하기로 한다.

본 발명에 의한 폴리건 미러(103)는 평면이 소정 직경을 갖는 원(B)에 내접한 정 6각형이며, 이 폴리건 미러(103)의 중심에는 소정 직경을 갖는 관통공(103a)이 형성되어 있는 바, 이 관통공(103a)으로는 스캐닝 모터(104)의 회전축이 결합된다.

여기서, 기 언급한 레이저 출사장치에 의해 폴리건 미러로 주사된 레이저 빔은 폴리건 미러(103)에 형성된 6 개의 에지면에 의해 편향되므로 이 폴리건 미러(103)에 형성된 6개의 에지면은 레이저 빔을 반사시키는 경면(mirror surface;M1,M2,M3,M4,M5,M6)이 되고, 6개의 경면중 임의의 경면과 인접하고 있는 경면이 만나는 경계면이 폴리건 미러(103)의 경면 모서리(G)이다.

이 폴리건 미러(103)의 6 개 경면 모서리(G)중 임의의 한 경면 모서리를 선정하여 이 경면 모서리(G)와 대향하고 있는 경면 모서리(G')를 가상선 H로 연결한다.

이와 같은 방식으로 6 개의 경면 모서리를 모두 가상선으로 연결하면 3 개의 가상선 H, H', H이 형성되고, 다음으로 경면에 내접하는 가상원 C를 폴리건 미러(103)의 평면에 도시한다.

이와 같이 도시된 가상원 C에 의해 폴리건 미러는 두 부분으로 구획되는 바, 그 첫 번째 구획 D는 가상원 C의 내부이고, 두 번째 구획 E는 가상원 C의 외부(사선으로 해칭된 부분)가 되어, 실제 폴리건 미러(103)의 첫 번째 구획인 D부분이 이상적인 원이라면, 폴리건 미러(103)가 초고속 회전할 때 폴리건 미러(103)에 발생하는 원심력은 폴리건 미러(103)의 어느 부분에서도 동일하다. 그러나, 두 번째 구획(빗금 해칭된 부분)인 6 개의 E 부분에 의해, E 부분에서의 원심력과 폴리건 미러의 경면 중점 부분인 F 부분에서는 그 질량 분포의 차이에 의해 상이한 원심력이 발생하게 되는 바(표 1 참조), 이와 같은 원심력의 차이는 첫 번째 구획인 C에 사선으로 해칭된 E 부분만큼의 질량이 더하여 졌기 때문에 발생한다.

따라서, 이와 같이 두 번째 구획인 E 부분의 질량에 비례하여 E 부분에 발생하는 원심력 또한 커지게 되어 이와 같은 원심력의 차에 의해 폴리건 미러(103)는 경면 모서리에서는 신장이 발생하고 F 부분에서는 함몰이 발생하게 된다.

이와 같이 폴리건 미러의 일부분에서 상이하게 발생하는 원심력의 차이를 보정하기 위하여 기 언급한 폴리건 미러(103)에는 가상선 H, H', H를 장축으로 하고 이 장축과 수직으로 형성된 축을 단축으로 하는 타원형상의 관통공이 형성되어 있는 바, 이 타원형상의 관통공이 질량편심 보정부(200)가 되는 것이다.

여기서, 질량 편심 보정부(200)인 타원형상의 관통공 면적은 두 번째 구획인 E 부분의 증가된 질량과 대등하도록 설계된다.

또한, 이 질량 편심 보정부의 형상이 타원형상인 것은 장축 방향 즉, D 구획 부분과, E 구획 부분의 질량차가 크게 발생하므로 부분의 질량차중 타원 형상의 장축 방향의 질량을 크게 감소시키고 단축 방향의 질량은 장축과 비교하여 작게 감소시키기 위함이나, 실험에 의한 데이터 및 이를 기초로 한 시뮬레이션 과정을 거쳐 이 타원형상의 관통공과 동일한 효과를 얻을 수 있는 위치 및 그 면적이 결정되면, 굳이 타원형상 이외에도 다양한 크기 및 원 형상, 삼각형상, 사각형상등 다양한 도형 형상으로 형성될 수 있다. 이와 같은 질량 편심 보정부를 소정 형상의 관통공 이외에도 바람직하게는 소정 깊이를 갖는 그루으브(groove)를 폴리건 미러에 형성하여 D 구획과, E 구획의 질량차를 감소시키는 것 또한 무방할 것이다.

이와 같은 본 발명 레이저 스캐닝 유닛트의 폴리건 미러의 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 스캐닝 모터(104)의 회전축이 회전함에 따라서, 회전축과 동일한 각속도로 폴리건 미러(103)가 회전하기 시작한다. 이후, 폴리건 미러(103)의 각속도가 최고에 도달하였을 때에도 폴리건 미러(103)에 형성되어 있는 타원형상의 질량 편심 보정부(200)에 의해 이미 질량 편심은 보정된 상태임으로 폴리건 미러(103)에는 변형이 최소로 발생하게 되어 이와 같이 변형된 폴리건 미러(103)에 의해 발생하는 레이저 빔 경로 오차를 최소화하면서 폴리건 미러(103)는 레이저 빔을 결상면으로 정밀하게 주사하게 된다.

이상에서 상세히 살펴본 바와 같이, 레이저 스캐닝 유닛트중 결상면에 레이저 빔을 편향시키는 폴리건 미러의 상면에 폴리건 미러의 고속회전시 폴리건 미러에 발생하는 불균일한 원심력에 따라서 불균일한 변형을 방지하는 질량 편심 보정부를 형성하여 폴리건 미러의 불균일한 원심력을 보정함으로써, 폴리건 미러의 불규칙적인 변형을 방지하여 레이저 스캐닝 유닛트의 성능 저하를 방지하는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 레이저 빔을 출사하는 출사수단과;

   일정속도로 회전하여 상기 레이저 빔을 결상면의 소정 위치로 편향시키기 위해 측부에 다수개의 경면들을 갖는 편향수단과;

   상기 편향수단에 의해 편향된 레이저 빔을 상기 결상면에 결상시키는 결상수단과;

   원심력에 의한 상기 편향수단의 변형의 차를 제거하기 위해 상기 편향수단상에 형성된 질량 편심 보정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 유닛트.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 질량 편심 보정수단은 상기 편향수단의 다수 상기 경면들에 의해 이루어지는 모서리부에 대응하여 형성되며, 모서리부의 질량에 대응하는 질량만큼을 제거한 관통공인 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 유닛트.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 질량 편심 보정수단은 상기 모서리부와 상기 편향수단의 중심을 연결하는 축을 장축으로 하는 타원형상인 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 유닛트.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 질량 편심 보정수단은 상기 편향수단의 다수 상기 경면들에 의해 이루어지는 모서리부에 대응하여 형성되며, 모서리부의 질량에 대응하는 질량만큼을 제거한 그루우브(groove)인 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 유닛트.

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