KR100291432B1 - 레이져 스캐닝 유니트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이져 프린터의 스캐닝 유니트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전체로부터 레이져 빔을 직접 조사하는 스캐닝 수단을 구비함으로써 구조를 견고하게 하고, 단순화시킨 스캐닝 유니트에 관한 것으로, 레이져 다이오드로부터 조사되는 레이져 빔을 회전드럼의 중심에서 수광하여 회전드럼 외주면으로 발산하는 광경로변경수단이 설치되는 회전드럼을 구성함으로써 광경로를 보다 간단히 한 스캐닝유니트를 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 레이져빔을 발생시키는 레이져다이오드와, 상기 레이져빔을 수광하고, 그 수광된 레이져빔을 감광드럼의 특정 위치에 조사될 수 있도록 레이져빔의 광경로를 변경시키위한 광경로변환수단이 적어도 하나 이상 내부에 설치된 상기 광경로변환수단을 회전시키기 위한 회전드럼 및 상기 회전드럼의 광경로변환수단으로부터 발산된 레이져빔을 상기 감광드럼상에 결상시키는 결상렌즈군을 포함한다.

Description

레이져 스캐닝 유니트{LASER SCANNING UNIT}

본 발명은 레이져 프린터의 스캐닝 유니트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전체로부터 레이져 빔을 직접 조사하는 스캐닝 수단을 구비함으로써 구조를 견고하게하고, 단순화시킨 스캐닝 유니트에 관한 것이다.

일반적으로 레이져 프린트의 스캐닝 유니트는 감광드럼상에 잠상을 형성하기 위하여 레이져 다이오드로부터 조사되는 레이져 빔을 회전체인 폴리건 미러에서 반사시켜 감광드럼상에 조사하게 된다. 도 1은 이와 같은 과정을 설명하기 위한 스캐닝 유니트의 구성도이다.

레이져빔을 출사시키는 레이져 다이오드(100), 레이져 다이오드(100)에서 출사되는 레이져빔을 광축에 대해서 평행광으로 만들어 주는 콜리메이터렌즈(101), 콜리메이터렌즈(101)를 통한 평행광을 부주사방향에 대해 수평방향의 선형광으로 만들어주는 실린더렌즈(102), 실린더렌즈(102)를 통한 수평방향의 선형광을 등선속으로 이동시켜 스캐닝하는 폴리건미러(103), 폴리건 미러를 등속도로 회전시키는 폴리건미러 구동용 모터(104), 광축에 대해서 일정한 굴절율을 가지며 폴리건미러(103)에서 반사된 등속도의 광을 주 스캐닝방향으로 굴절시키고 수차를 보정하여 스캐닝면상에 초점을 형성시키는 결상렌즈군(105), 결상렌즈군(105)을 통한 레이져빔을 소정의 방향으로 반사시켜 결상면인 감광드럼(107)의 표면에 입사하도록 하는 반사미러(106), 결상렌즈군(105)을 통한 레이져빔을 수평방향으로 반사시켜주는 수평동기미러(108), 수평동기미러(108)에서 반사된 레이져빔을 수광하여 동기를 맞추어주기위한 광센서(109)로 구성된다. 여기서 결상렌즈군(105)은 폴리건미러(103)에서 반사되며 등선속으로 스캔하는 레이져빔을 감광드럼면에 집속시키는 구면수차보정용 구면렌즈(105a) 및 구면렌즈(105a)를 통해 구면수차가 보정된 레이져빔을 일정한 굴절율을 갖고 주 스캐닝방향으로 편광을 시켜주는 토릭렌즈(toric lens)(105b)를 포함한다.

이와 같은 구성의 폴리건미러는 회전방향에 대해서 수직으로 배치된 여러개의 면을 갖는 다각형의 형태로서 레이저빔을 소정의 방향으로 반사시켜 그 한면이 일정각도로 회전하는 동안 감광드럼상에 한 라인의 화상정보를 기록하도록 한다. 따라서 폴리건미러의 반사면의 균일도, 면과 면이 이루는 각도의 정확성 그리고 회전방향에 대한 면의 수직성 등에 의해서 인쇄품질이 좌우하게 되므로 폴리건미러의 가공정확도를 높이기 위한 가공비 및 재료비의 상승을 가져왔다. 또한, 광학적인 설계특성상 폴리건미러의 반사면의 레이져빔이 반사되는 위치는 폴리건미러가 회전하는 동안 변하게 되므로 감광드럼상에서의 레이져빔 크기를 균일하게 하기위하여 결상렌즈군의 설계가 복잡해지는 문제점이 있었고 레이져빔이 반사하는 유효길이를 최소로 하여 폴리건미러의 크기를 가능한한 작게 만들기 위해 폴리건미러의 회전중심 역시 광축과 일정거리 편차를 유지해야하는 단점이 있었다.

또한, 종래의 스캐닝유니트의 폴리건미러의 반사면이 레이져 빔의 입사방향에 대해서 수직이 유지되지 않고 일정한 경사각을 갖고 기울어지게 되는 틸트(tilt)현상이 발생되면 콜리메이터렌즈를 통과한 빛은 감광드럼의 소정 위치에 결상되지 못하고 부주사 방향으로 편향되어 결상되게 된다. 이와 같은 편향을 보정하기 위하여 실린더 렌즈가 필수적으로 사용되어져야 하기 때문에 그 만큼 제품가격의 상승을 초래한다.

또한, 레이져 프린터의 프린팅속도는 폴리건미러의 크기에 의해서 제약을 받게된다. 6면의 반사면으로 이루어진 폴리건미러로 구성된 프린터의 인쇄속도를 2배로 상승시키기 위해서는 폴리건미러의 회전을 동일속도로 유지하는 경우에는 그 반사면수를 12면으로 증가시켜야 하고, 그 면의 길이는 6면일 때나 12면일 때나 동일하여야 하기 때문에 폴리건미러의 크기는 2배로 되어야 한다. 또한 폴리건미러의 크기를 일정하게 유지하며 인쇄속도를 2배로 하기 위해서는 회전속도를 2배로 상승시켜야한다. 예를들면, 16 P.P.M(papers/min: 분당 인쇄매수)으로 레이져 프린터를 인쇄하기 위해서는 폴리건미러를 23000 R.P.M으로 회전을 시켜야 하는데 인쇄속도를 두 배인 32 P.P.M으로 인쇄하기 위해서는 폴리건미러의 반사면수를 2배로 하여 그 크기를 2배로 하든지, 회전속도를 46000R.P.M으로 하여야 한다. 그러나, 크기를 2배로 하는 경우에는 스캐닝 유니트가 커지는 문제점이 있고, 회전속도를 상승시키는 데에는 소음 및 진동의 문제가 따르게 되어 이러한 문제점들을 고려하여 제작된 폴리건미러는 고가로 된다.

본 발명은 상기의 문제점들을 고려하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 레이져 다이오드로부터 조사되는 레이져 빔을 회전드럼의 중심에서 수광하여 회전드럼 외주면으로 발산하는 광경로변환수단이 설치되는 회전드럼을 구성함으로써 광경로를 보다 간단히 한 스캐닝유니트를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 레이져 다이오드로부터 입사되는 레이져빔을 다면경 구조의 폴리건미러에서 반사시키지 않기 때문에 고가의 폴리건미러를 사용치 않아도 선명한 인쇄품질을 유지할 수 있는 스캐닝유니트를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 폴리건미러가 사용되지 않기 때문에 폴리건미러에서 유발되는 광학상의 문제점을 보정하기 위한 실린더렌즈를 사용하지 않는 스캐닝 유니트를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 폴리건미러의 반사면의 레이져빔이 반사되는 위치는 폴리건미러가 회전하는 동안 변하는 것을 결상렌즈군으로 보정하던 것을 근본적으로 회전드럼에서 레이져 빔을 직접 방출하도록 함으로써 결상렌즈군의 설계를 단순화 할 수 있도록 하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 폴리건미러에 의해 인쇄속도가 제약되는 것을 없애고, 고속으로 인쇄할 수 있도록하는 스캐닝 유니트를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 이와 같은 과정을 설명하기 위한 스캐닝 유니트의 구성도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예인 레이져다이오드로부터 입사된 레이져빔이 회전드럼으로부터 발산되는 것을 도시하기 위한 사시도이다.

도 3은 본 발명의 일시예인 회전드럼의 절단면도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예인 도 3에 도시된 회전드럼을 적용한 스캐닝유니트의 작동상태를 나타내기 위한 구성도이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1: 회전드럼 2:레이져다이오드 10: 광경로변환수단 11: 수직경로부

12: 수평경로부

이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 레이져빔을 발생시키는 레이져다이오드와, 상기 레이져다이오드로부터 조사되는 레이져빔을 수광하고, 그 수광된 레이져빔을 일정각도 변경시켜 발산시키는 광경로변환수단이 적어도 하나 이상 내부에 설치되는 회전드럼과, 상기 광경로변환수단의 일단으로부터 발산되는 레이져빔을 감광드럼에 결상시키기 위한 결상렌즈들을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 바람직하기로는 광경로변환수단은 회전드럼의 중심축에 평행하게 설치되는 수직경로부와, 상기 회전드럼의 반경방향으로 설치되도록 상기 수직경로부의 끝단에서 회전드럼의 반경방향으로 연곡된 수평경로부로 이루어짐으로써, 레이져다이오드로부터 출사된 상기 레이져빔이 상기 수직경로부의 상단으로 입사되어 상기 수직경로부와 수평경로부에 전달되고, 상기 수평경로부의 끝단으로부터 출사되도록 한다.

또한, 바람직하기로는 수평경로부의 끝단에서 상기 회전드럼의 외주면사이에 콜리메이터링 렌즈가 더 구비되도록 한다.

또한, 바람직하기로는 상기 광경로변환수단은 짝수개로 하는 것이 회전드럼의 제조공정을 고려할 때 바람직하다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 따라서 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예인 레이져다이오드로부터 입사된 레이져빔이 회전드럼으로부터 발산되는 것을 도시하기 위한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일시예인 회전드럼의 절단면도이다.

도 2와 도 3에 따르는 본발명의 실시예에 따르면, 모터(104)에 의해서 회전되는 원통형상의 회전드럼(1)내에는 광섬유등 광을 전달할 수 있는 재료로 형성된 광경로변환수단(10)이 설치된다. 이때 회전드럼(1)은 대칭형상의 기하학적 구조이면 가능하나 회전시 공기저항등을 고려하면 원통형상이 바람직하다. 또한, 광경로변환수단(10)은 회전드럼(1)의 중심축에 평행하게 형성되는 수직경로부가 형성되고, 수직경로부(11)의 상단은 레이져다이오드(2)로부터 출사되는 빛이 입사된다.이때 레이져다이오드(2)와 수직경로부(11)의 상단 사이에는 레이져다이오드(2)로부터 출사된 레이져빔이 수직경로부의 상단에 집속되도록 집속렌즈를 더 설치할 수 있다. 또한, 수직경로부(11)의 하단은 회전드럼의 반경방향과 일치하는 수평경로부(12)가 연곡되어 형성된다. 즉, 광경로변환수단(10)은 수직경로부(11)와 수평경로부(12)로 이루어져 ' ?? '자 형상을 이루게 된다. 대략 이와 같은, 광경로변환수단(10)을 회전드럼(1)내에 설치하기 위하여, 회전드럼(1)의 중심축에는 적어도 하나 이상의 수직경로부(11)가 설치될 수 있도록 일정깊이의 수직공(13)이 형성된다. 또한, 수직공(13)에는 다수의 수직경로부(11)들이 설치될 수 있고, 이들의 수직경로부(11)들의 수는 회전드럼(11)의 회전속도와 분당 인쇄매수에 의해서 결정된다. 또한, 회전드럼(1)의 수직공(13)의 하단부에는 수평경로부(12)가 설치될 수 있도록 수직공(13)을 중심으로 방사상으로 수평공(14)이 형성된다. 수평공(14)의 직경은 수평경로부(12)가 삽입되므로 수평경로부(12)의 외경과 일치하도록 한다. 또한, 수평공(14)의 형상은 원형일 필요는 없고, 수평경로부가 삽입되어 고정될 수 있는 형상이라면 족하다 할 수 있다. 또한, 수평공(14)의 일단은 수직공(13)의 하단으로부터 연곡되어 타단은 회전드럼(1)의 외주면(15)에 형성된다. 즉, 외주면(15)에는 수평공(14)의 숫자만큼의 중공들이 형성되게 된다. 이때, 수평공(14)에 삽입되어지는 수평경로부(12)의 끝단에서 회전드럼(1)의 외주면까지는 일정간격을 갖게되고, 수평경로부(12)의 끝단과 외주면(15)사이에는 콜리메이터링 렌즈(16)들이 설치된다. 바람직하게는 콜리메이터링 렌즈(15)의 바깥쪽면이 회전드럼(1)의 외주면(15)과 일치하도록 한다. 또한, 콜리메이터링 렌즈(15)의 내측면과 수평경로부(12)의 끝단 사이에는 일정간격의 공극을 갖도록 한다.

도 4는 본 발명의 일실시예인 도 3에 도시된 회전드럼을 적용한 스캐닝유니트의 작동상태를 나타내기 위한 구성도이다.

레이져다이오드(2)로부터 조사된 레이져빔은 광경로변환수단(10)중 수직경로부(11)의 상단을 통하여 입사되고, 수직경로부(11) 상단에 입사된 레이져빔은 수평경로부(12)의 끝단에서 회전드럼(1)의 반경방향으로 방출되어 콜리메이터링 렌즈(16)에 입사되고, 콜리메이터링 렌즈(16)에 평행광으로 변경되어 출사된다. 이때 광경로변환수단(10) 및 콜리메이터 렌즈(16)가 안착된 회전드럼(1)이 회전함에 따라서 콜리메이터 렌즈(16)에서 방출되는 레이져빔도 회전을 하게된다. 만일 광경로변환수단(10)의 개수가 6개로 도1에 도시된 종래의 스캐닝유니트의 폴리건미러와 동일속도로 회전하게 되면 동일한 분당 복사매수(P.P.M)를 얻게된다. 콜리메이터링 렌즈(16)으로부터 출사된 빛은 결상렌즈군(17)에 의해서 감광드럼(18)상에 결상된다. 이때 레이져빔은 스캐닝 유니트를 작게 구성하기 위하여 반사미러(21)에서 반사된 후 감광드럼(18)에 결상된다. 미설명부호19, 20은 수평동기신호를 검출하기 위한 반사미러(19)와 수광센서(20)이다.

상기와 같은 스캐닝 유니트에서는 종래의 폴리건미러를 적용한 스캐닝 유니트에 대해서 회전드럼상에 레이져빔을 방출하는 각도를 제한받지 않기 때문에 그 크기를 매우 작게할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 레이져 다이오드로부터 입사되는 레이져빔을 다면경 구조의 폴리건미러에서 반사시키지 않기 때문에 고가의 폴리건미러를 사용치 않아도 선명한 인쇄품질을 유지할 수 있기 때문에 저가이면서도 고품질의 프린터를 만들 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 폴리건미러의 구조를 채택하지 않기 때문에 폴리건미러의 반사면의 기울어짐(tilt)에 의한 부주사방향에 대한 보정을 하기 위한 실린더렌즈를 사용하지 않기 때문에 그에 따른 구조의 간편성과 내구성을 갖는다.

또한, 본 발명에 따르면, 폴리건미러의 반사면상에서 반사위치가 회전함에 따라서 변하는 것을 결상렌즈군의 광학계를 사용하여 보정하던 것을 근본적으로 회전드럼에서 레이져 빔을 직접 방출하도록 함으로써 결상렌즈군의 설계를 단순화 할 수 있는 잇점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 폴리건미러에 의해 인쇄속도가 제약됨이 없이, 회전드럼에 원하는 만큼의 광경로변환수단을 설치할 수 있도록 함으로써 고속으로 인쇄할 수 있도록하는 스캐닝 유니트를 제공하기 위한 것이다.

Claims (3)

1. 레이져빔을 발생시키는 레이져다이오드;

   상기 레이져빔을 수광하고, 그 수광된 레이져빔을 감광드럼의 특정 위치에 조사될 수 있도록 레이져빔의 광경로를 변경시키위한 광경로변환수단이 적어도 하나 이상 내부에 설치된 상기 광경로변환수단을 회전시키기 위한 회전드럼; 및

   상기 회전드럼의 광경로변환수단으로부터 발산된 레이져빔을 상기 감광드럼상에 결상시키는 결상렌즈군을 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝유니트.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 광경로변환수단은 상기 회전드럼의 중심축에 평행하게 설치되는 수직경로부와, 상기 회전드럼의 반경방향으로 설치되도록 상기 수직경로부의 끝단에서 수직으로 연곡된 수평경로부로 이루어짐으로써, 상기 레이져다이오드로부터 출사된 상기 레이져빔이 상기 수직경로부의 상단으로 입사되어 상기 수직경로부와 수평경로부에 전달되고, 상기 수평경로부의 끝단으로부터 상기 결상렌즈군으로 발산되는 것을 특징으로 하는 스캐닝유니트.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 수평경로부의 끝단에서 상기 회전드럼의 외주면사이에 콜리메이터링 렌즈가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 스캐닝유니트.