KR100228706B1 - 레이저 스캐닝 유니트의 광원장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 스캐닝 유니트의 광원장치에 관한 것으로서, 이는 빔을 주사하고 동시에 주사량을 직접 감지하는 셀프-모니터링 레이저 디바이스(SELF-MD)를 회전체의 면에 배치하여 레이저 빔의 주사와 감지를 동시에 수행하도록 한 것이다.

이와 같은 본 발명은 광원에서 출사되어 폴리건 미러를 통해 등선속도로 굴절되어 얻어진 레이저 빔을 편향표면으로부터 편향되도록 야기하면서 균일한 속도로 주사를 시행하여 감광드럼에 결상시키는 결상용 렌즈를 포함하는 레이저 스캐닝 유니트에 있어서, 등선속도로 회전하는 드럼모터와; 레이저 스캐닝 유니트의 본체에 결합되는 고정드럼과; 상기 고정드럼의 상부면과 소정의 간격으로 이격되고 상기 고정드럼을 관통한 상기 드럼모터의 축에 회전이 자유롭게 지지된 회전드럼; 및 상기 회전드럼의 원주면에 소정 각의 간격으로 취부되어 레이저 빔을 상기 결상용 렌즈를 통해 출사시키고 그 주사량을 감지하는 적어도 두 개 이상의 셀프-모니터링 레이저 디바이스(SELF-MD)를 포함한 것을 그 특징으로 한다.

이에 따라 기존의 수평동기 미러 및 광센서를 사용치 않고도 레이저 빔을 주사하고 동시에 그 주사량을 감지함으로서 구조가 간단해짐을 알 수 있다.

Description

레이저 스캐닝 유니트의 광원장치.

본 발명은 레이저 빔을 사용하여 스캐닝하는 레이저 스캐닝 유니트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저 스캐닝 유니트에서 광원장치로 사용되는 표면조사(照射)용 레이저(SEL; Surface Emitting Laser) 다이오드와 모니터링 레이저 다이오드(Monitoring Semiconductor Laser Diode)를 일체화 한 셀프-모니터링 레이저 디바이스(SELF-MD)를 회전체에 소정각의 간격으로 복수개 취부하여 레이저 빔을 주사하면서 별도의 감지소자 없이 그 주사되는 광량과 광원세기를 모니터링 하도록 하는 레이저 스캐닝 유니트의 광원장치에 관한 것이다.

일반적으로, 레이저 콤퍼런트, 포토 스캐닝 및 기록 장치 등에서 사용되는 레이저 스캐닝 유니트는 반도체 레이저를 사용, 다각형의 폴리건 미러를 회전시켜 홀로그램 디스크 등에 형성된 기록면을 소정의 광원 및 레이저 빔을 통하여 스캐닝하게 된다.

이와 같은 종류의 장치에서 기록 속도를 향상시키는 방법으로는 회전하는 다각형 미러의 각각에 대하여 레이저 빔이 굴절되는 속도를 증가시킴으로써, 홀로그램 등의 스캐닝 속도를 고속화하는 효과를 얻을 수가 있다.

그러나, 이와 같이 회전 속도를 증가시키려면 에어 베어링이나 마그네틱 베어링 등을 사용하여야 하는데 이와 같은 장치는 그 가격이 매우 비싼 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결한 레이저 스캐닝 유니트로서는 도 1과 같은 장치가 있다.

도 1에 제시된 장치를 종래의 반도체 레이저 스캐닝 유니트의 예로서, 설명한다.

이 반도체 레이저 스캐닝 유니트는, 광원으로 사용되는 레이저 빔을 출사시키는 반도체 레이저 다이오드(100)와; 상기 반도체 레이저 다이오드(100)에서 출사된 레이저 빔을 광축에 대해 평행 광으로 만들어주는 콜리메이터 렌즈(101)와; 상기 콜리메이터 렌즈(101)를 통한 평행 광을 부주사 방향에 대해 수평방향의 선형 광으로 만들어주는 실린더형 렌즈(102)와; 상기 실린더형 렌즈(102)를 통한 수평방향의 선형 광을 등선속도로 이동시켜 스캐닝하는 폴리건 미러(103)와; 상기 폴리건 미러(103)를 등선속도로 이동시켜 스캐닝하는 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; 상기 결상용 렌즈군(105)을 통한 레이저 빔을 수직으로 반사시켜 결상면인 감광드럼(107)의 표면에 점상으로 결상시키는 결상용 반사미러(106)와; 상기 결상용 렌즈군(105)을 통한 레이저 빔을 수평방향으로 반사시켜 주는 수평동기 미러(108)와; 상기 수평동기 미러(108)에서 반사된 레이저 빔을 수광하여 동기를 맞추어 주기 위한 광센서(109)로 구성된다.

상기에서 결상용 렌즈군(105)은, 상기 폴리건 미러(103)에서 등선속도로 굴절된 레이저 빔을 집속하여 편광 시키는 구면수차 보정용 구면렌즈(105a); 및 상기 구면렌즈(105a)를 통해 구면수차가 보정된 레이저 빔을 일정한 굴절률을 갖고 주 스캐닝 방향으로 편광 시켜 주는 토릭렌즈(Toric Lens)를 포함한다.

이와 같이 구성되는 종래 반도체 레이저 스캐닝 유니트에 있어서, 먼저 반도체 레이저 다이오드(100)로부터 광원으로 사용하기 위한 레이저 빔이 출사된다.

상기 출사된 레이저 빔은 콜리메이터 렌즈(101)에 의해 광축에 대해 평행한 광속으로 조절된다.

상기 콜리메이터 렌즈(101)를 통한 평행 광은 실린더형 렌즈(102)에 의해 부주사방향에 대해 수평방향의 선형 광으로 조절된다.

상기 콜리메이터 렌즈(101)를 통한 수평방향의 선형 광은 스캐닝 모터(104)의 회전축에 회전이 자유롭게 지지된 광편향 소자인 다각형의 폴리건 미러(103)의 회전 반사에 의해 등선속도로 이동되어 대상물을 스캐닝하게 된다.

즉 다시 말해, 상기 다각형의 폴리건 미러(103)에 수평방향의 선형 광이 집광되면, 그 폴리건 미러(103)가 스캐닝 모터(104)에 의해 회전하고 있으므로 각도에 따라 광이 등선속도로 굴절 이동되어 결상용 렌즈군(105)에 집광된다.

상기 결상용 렌즈군(105)은 폴리건 미러(103)로부터 등선속도로 굴절되어 집광되는 광을 주 스캐닝 방향에 대해 구면수차(fθ)의 오차를 보정하여 편광 시키게 된다(여기서, f는 초점거리이고 θ는 화각, 즉 주사 각이다).

즉, 상기 결상용 렌즈군(105)은, 구면수차를 보정하기 위해 일정한 굴절률을 갖고 레이저 빔을 편향시키는 구면렌즈(105a)와, 이 구면렌즈(105a)와 다른 굴절률을 갖고 레이저 빔을 주 스캐닝 방향으로 편광 시켜 스캐닝 면상에 포커스를 맞추어 주는 토릭렌즈(105b)를 포함한다.

따라서, 상기 결상용 렌즈군(105)을 통한 레이저 빔은 결상용 반사미러(106)를 통해 수직방향으로 반사되어 감광드럼(107)의 표면에 점상으로 결상시켜 주게 된다.

그러나, 이와 같은 반도체 레이저 스캐닝 유니트에 있어서는, 스캐닝 모터를 마그네틱 베어링 또는 에어 베어링이 아닌 볼베어링용 모터를 사용함으로 인하여 제품의 가격 면에 있어서는 어느정도의 소비자의 욕구를 충족시켜 주지만, 반면에 하나의 반도체 레이저 다이오드를 사용하여 한 라인의 스캐닝만을 수행함으로써, 스캐닝 속도가 상당히 저하될 뿐 아니라 주지하다시피 콜리메이터 렌즈와 실린더형 렌즈 및 폴리건 미러를 사용함으로 인해 구조가 복잡해지는 문제점이 있다.

따라서, 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 레이저 스캐너 유니트는 본인이 선출한 특허 출원번호 97-3350호(명칭; 레이저 스캐닝 유니트)에 잘 재시되어 있다.

상기 특허 출원번호 97-3350호의 레이저 스캐닝 유니트에 의하면, 도 1과 같은 콜리메이터 렌즈, 실린더형 렌즈 및 다각형의 폴리건 미러를 사용치 않고 광원장치인 다수의 표면조사용 레이저(SEL) 다이오드를 회전체부의 회전드럼에 소정각의 간격으로 취부하여 레이저 빔을 주사하여 줌으로써 스캐닝 속도는 향상되고 제품의 가격은 다운된다는 이점이 있다.

그러나 이 경우에 있어서, 도 1과 같은 결상용 렌즈군을 통한 레이저 빔을 수평방향으로 반사시켜 주는 수평동기 미러와 이 수평동기 미러에서 반사되는 레이저 빔을 수광하여 동기를 맞추어 주기 위한 광센서를 구비해야 한다는 필요성을 가져오게 된다.

따라서, 본 발명은 전술한 수평동기 미러와 광센서를 제거하고 보다 안정된 레이저 스캐닝 유니트를 제공해야 한다는 필요성을 느껴, 별도의 주사량을 감지하기 위한 소자(素子) 없이 표면조사용 레이저(SEL) 다이오드를 회전체부에 직접 취부하여 스캐닝하는 광원장치에서의 직접 광량과 광원세기를 모니터링할 수 있는 모니터링 레이저 다이오드를 일체화하여 빔을 주사함과 아울러 주사량을 감지할 수 있는 레이저 스캐닝 유니트의 광원장치를 제공함에 그 목적이 있는 것이다.

도 1은 종래 반도체 레이저 스캐닝 유니트를 보인 사시도.

도 2는 본 발명 레이저 스캐닝 유니트의 광원장치를 보인 실시예 구성도.

도 3은 도 2에서의 스캐닝을 위한 회전체부를 보다 상세하게 도시한 사시도.

도 4는 도 2, 3의 회전체부에 취부되는 셀프-모니터링 레이저 디바이스(SELF-MD)의 등가회로도 이다.

<도면의주요부분에대한부호의설명>

200 : 회전드럼 200a : 고정드럼

201-203 : 셀프-모니터링 레이저 디바이스

204 : 결상용 렌즈 205 : 감광드럼

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 측면에 따른 레이저 스캐닝 유니트의 광원장치는, 광원에서 출사되어 폴리건 미러를 통해 등선속도로 굴절되어 얻어진 레이저 빔을 편향표면으로부터 편향되도록 야기하면서 균일한 속도로 주사를 시행하여 감광드럼에 점상으로 결상시키는 결상용 렌즈를 포함하는 레이저 스캐닝 유니트에 있어서, 등속도로 회전하는 드럼모터와; 레이저 스캐닝 유니트의 본체에 결합되는 고정드럼과; 상기 고정드럼의 상부면과 소정의 간격으로 이격되고 상기 고정드럼을 관통한 상기 드럼모터의 축에 회전이 자유롭게 지지된 회전드럼; 및 상기 회전드럼의 원주면에 소정 각의 간격으로 취부되어 레이저 빔을 상기 결상용 렌즈를 통해 출사시키고 그 주사량을 감지하는 적어도 두 개 이상의 셀프 모니터링 레이저 디바이스(SELF-MD)를 포함하여 이루어짐을 그 특징으로 한다.

상기 본 발명에 의한 레이저 스캐닝 유니트의 광원장치에 있어서, 상기 셀프 모니터링 레이저 디바이스는, 상기 회전드럼의 원주면에 120°의 간격으로 취부된 것이 바람직하다.

그 결과, 드럼모터에 의해 회전하는 회전드럼의 원주면에 소정 각의 간격으로 셀프 모니터링 레이저 디바이스를 배치하여 레이저 빔을 주사함과 동시에 그 주사량을 감지하여 스캐닝함을 알 수 있다.

따라서, 앞에서 제시한 예에서의 수평동기 미러 및 광센서, 즉 다시 말해 별도의 주사량 감지기를 사용하지 않고도 주사량을 감지할 수 있어 레이저 스캐닝 유니트의 가격이 낮아지고 또한 구조가 간단해지는 이점이 있는 것이다.

그리고, 본 발명의 실시 예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하고자 한다. 이 바람직한 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 레이저 스캐닝 유니트의 광원장치의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명 레이저 스캐닝 유니트의 광원장치를 보인 실시예 구성도 이고, 도 3은 도 2에서의 스캐닝을 위한 회전체부를 보다 상세하게 도시한 사시도 이다.

본 실시 예에 따르면, 등선속도로 회전하는 드럼모터(도면에 미 도시)와; 소정의 직경과 높이를 갖고 레이저 스캐닝 유니트의 본체에 결합되는 고정드럼(200a)과; 상기 고정드럼(200a)과 동일하게 형성되며 그의 상부면과 소정의 간격으로 이격되고 상기 고정드럼(200a)을 관통한 상기 드럼모터의 축에 회전이 자유롭게 지지된 회전드럼(200)과; 상기 회전드럼(200)의 원주면에 120°의 간격으로 취부되어 레이저 빔을 출사시키고 그 출사된 레이저 빔의 주사량을 감지하는 제 1 내지 제 3셀프-모니터링 레이저 디바이스(201 내지 203)와; 상기 제 1 내지 제 3셀프-모니터링 레이저 디바이스(201 내지 203)로부터 등간 격으로 출사되는 레이저 빔을 편향표면으로부터 편향되도록 야기하면서 균일한 속도로 편광 시켜 감광드럼(205)의 표면에 점상으로 결상시키는 결상용 렌즈(204)로 구성한다.

상기 제 1 내지 제 3셀프-모니터링 레이저 디바이스(201 내지 203)는 회전드럼(200a)의 원주면에 120°의 간격으로 취부될 수도 있고 셀프-모니터링 레이저 디바이스가 두 개인 경우에 있어서는 상호 180°의 간격으로 취부할 수도 있다.

상기에서 셀프-모니터링 레이저 디바이스는 크게 레이저 빔을 주사하는 레이저 다이오드(LD)와, 그 레이저 다이오드(LD)에서 주사된 레이저 빔의 주사량을 감지하는 포토다이오드(PD)로 구성된다.

이하, 첨부한 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 이하를 통해 설명하기로 한다.

먼저 도 4에는 회전드럼(200a) 원주면에 120°의 간격으로 취부된 셀프-모니터링 레이저 디바이스의 등가회로가 제시되어 있다.

여기서 본 발명에 사용되는 광원으로서의 셀프-모니터링 레이저 디바이스(SELF-MD)를 간략하게 설명한 다음 이를 이용한 본 발명 레이저 스캐닝 유니트의 광원장치를 더욱 구체화 하기로 한다.

주지하다시피, 상기 각각의 셀프-모니터링 레이저 디바이스는 포토다이오드(PD) 및 레이저 다이오드(LD)로 구성된다.

그리고, 포토다이오드(PD)의 전압은 접지에 대해서 V_PD를 갖고 전류는 I_P를 갖는다.

또한 레이저 다이오드(LD)의 전압은 접지에 대해서 V_LD를 갖고 전류는 I_L을 갖는다.

그리고, 상기 레이저 다이오드(LD)의 사이에 배치된 한쌍의 분배소자 P-DBR 및 N-DBR은 브래그(Bragg) 굴절에 의해 저항으로 작용을 한다.

만약, 레이저 다이오드(LD)의 전류 I_L을 조절하기 위해 포토다이오드(PD)의 전류 I_P가 피드백회로로 인가되면 전체적인 구조는 하나의 셀프-모니터링 레이저로 작용을 하게 된다.

또한, 만약 변조 바이어스 전압이 V_PD및 접지 사이에 인가되면 바이어스내의 떨림은 변화되어 흡수 효과를 나타내게 된다.

이와 같은 작용을 하는 제 1 내지 제 3셀프-모니터링 레이저 디바이스(201 내지 203)를 상기한 회전드럼(200)의 원주면에 작게는 두 개 또는 많게는 세 개 이상으로 배열하되, 이들은 회전드럼(200)의 원주면에 120°또는 180°의 간격으로 배열하여 레이저 다이오드(LD)를 통해 레이저 빔을 출사시키고 포토다이오드(PD)를 통해 레이저 빔의 출사량을 감지하도록 한다.

즉 도 4와 같이 이루어진 셀프-모니터링 레이저 디바이스(SELF-MD)가 2개인 경우에는 180°의 간격으로 배열하여 취부하고 3개인 경우에는 120°의 간격으로 배열하여 취부시킨다.

상기 셀프-모니터링 레이저 디바이스(SELF-MD)로부터 출사된 레이저 빔들은 이후에 설명될 결상용 렌즈(204)를 통해 편광 되어 감광드럼(205)의 표면에 스폿을 형성시키게 된다.

본 발명에서는 소정의 광원으로써 제 1 내지 제 3셀프-모니터링 레이저 디바이스(201 내지 203)를 사용하게 된다.

그리고, 상기 회전드럼(200)에 취부된 제 1 내지 제 3셀프-모니터링 레이저 디바이스(201 내지 203)의 전원 V_PD와 V_LD는 일반적인 브이씨알(VCR)의 회전트랜스에서 재생과 기록시 무접촉방식에 의한 비디오헤드로의 자계신호를 전달하는 것과 같은 원리를 이용하여 제공한다.

따라서, 드럼모터가 등선속도로 회전을 하면 이의 회전축에 회전이 자유롭게 지지되고 고정드럼(200a)과 소정 간격을 유지하고 있는 회전드럼(200)이 회전을 함으로서 상기 제 1내지 제 3셀프-모니터링 레이저 디바이스(201 내지 203)로부터 120°의 간격으로 출사된 레이저 빔들이 결상용 렌즈(204)를 통해 편광되어 감광드럼(205)의 표면에 스폿을 형성하고 아울러 그 레이저 빔의 출사량이 상기 제 1내지 제 3셀프-모니터링 레이저 디바이스(201 내지 203)에 의해 감지된다.

결과적으로, 본 발명에 의한 각각의 제 1내지 제 3셀프-모니터링 레이저 디바이스(201 내지 203)가 짝, 홀수로 인입되는 스캐닝 라인 신호에 의해 독립적으로 스캐닝과정을 실시하게 될 때 3개의 스캐닝 라인을 동시에 상기한 감광드럼(205)의 표면에 점상으로 결상하는 것이 가능하게 되고 또한 그 레이저 빔의 주사량을 감지함으로서, 그 결과 기존의 수평동기 미러와 광센서를 사용하여 주사량을 감지하는 것과 동일한 결과를 얻게 되어 결국 주사량을 감지하기 위한 별도의 감지장치를 배치할 필요성이 없어지게 된다.

이상에서와 같이, 본 실시 예에서는 레이저 빔을 주사하고 직접 그 레이저 빔의 주사량을 감지할 수 있는 제 1내지 제 3셀프-모니터링 레이저 디바이스(201 내지 203)를 회전드럼(200)에 상호 120°의 간격으로 취부하여 복수의 레이저 빔을 결상용 렌즈(204)의 입사면에 입사시켜 스캐닝을 수행하고 주사량을 직접 감지함으로서 인쇄속도가 향상됨은 물론 구조가 간단해짐을 알 수가 있다.

그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.

이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.

본 발명은 별도의 주사량을 감지하기 위한 소자(素子) 없이 복수의 셀프-모니터링 레이저 디바이스(SELF-MD)를 회전체부에 취부하여 복수의 레이저 빔들을 주사하고 그 복수의 레이저 빔의 주사량을 직접 감지함으로써 인쇄속도가 향상될 뿐 아니라 기존의 수평동기 미러 및 레이저 빔의 주사량을 감지하기 위한 별도의 광센서를 사용하지 않음으로 인해서 구조가 매우 간단해지는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 광원에서 출사되어 폴리건 미러를 통해 등선속도로 굴절되어 얻어진 레이저 빔을 편향표면으로부터 편향되도록 야기하면서 균일한 속도로 주사를 시행하여 감광드럼에 점상으로 결상시키는 결상용 렌즈를 포함하는 레이저 스캐닝 유니트에 있어서,

   등속도로 회전하는 드럼모터와;

   레이저 스캐닝 유니트의 본체에 결합되는 고정드럼과;

   상기 고정드럼의 상부면과 소정의 간격으로 이격되고 상기 고정드럼을 관통한 상기 드럼모터의 축에 회전이 자유롭게 지지된 회전드럼; 및

   상기 회전드럼의 원주면에 소정 각의 간격으로 취부되어 레이저 빔을 상기 결상용 렌즈를 통해 출사시키고 그 주사량을 감지하는 적어도 두 개 이상의 셀프 모니터링 레이저 디바이스(SELF-MD)를 포함하여 된 레이저 스캐닝 유니트의 광원장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 셀프-모니터링 레이저 디바이스는, 상기 회전드럼의 원주면에 120°의 간격으로 취부된 것을 특징으로 한 레이저 스캐닝 유니트의 광원장치.

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