KR100318736B1 - Laser scanning unit - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저 스캐닝 유니트에 관한 것이다.The present invention relates to a laser scanning unit.
본 발명의 목적은 레이저 스캐닝 유니트를 간단하게 구성하여 조립 및 조정을 손쉽게 할 수 있도록 f·θ 렌즈를 단순결상기능을 갖는 일반 구면렌즈로 대체하고, 레이저 빔 스폿의 크기가 동일하게 주사되어 등속주사의 효과를 발생할 수 있도록 레이저 빔의 스캔시간을 비선형적으로 제어하며, 스캔미러를 회전시키는 모터의 구동시에 발생하는 기울어짐 현상에 의하여 주기적으로 발생하는 화질상의 지터를 방지하기 위하여 스캔미러를 하나의 반사면으로 구성하는 레이저 스캐닝 유니트를 제공함에 있다.It is an object of the present invention to replace the f · θ lens with a conventional spherical lens having a simple imaging function, so that the laser scanning unit can be easily configured and easy to assemble and adjust, and the laser beam spot is scanned with the same size so that constant velocity scanning The scan mirror is controlled non-linearly so that the scanning time of the laser beam can be generated and the jitter of the scan mirror is prevented in order to prevent jitter in the image quality periodically caused by the tilting phenomenon generated when driving the motor that rotates the scan mirror. The present invention provides a laser scanning unit composed of a reflective surface.
이를 위해 본 발명은 입력화상의 비디오신호에 따라 레이저 다이오드(LD)로부터 방사되는 레이저 빔을 감광드럼에 결상시키고, 감광드럼에 형성되는 잠상을 종이에 전사함으로써 화상이미지를 재현하는 레이저 프린터에 있어서: 레이저 다이오드 구동회로 제어부는 레이저 다이오드에서 레이저 빔을 방사하는 시간을 제어하고, 콜리메이터 렌즈는 레이저 다이오드 구동회로 제어부의 제어에 따라 레이저 다이오드로부터 방사되는 레이저 빔을 평행광으로 집속시키며, 결상렌즈는 콜리메이터 렌즈에서 집속된 평행광을 점상으로 결상시키고, 스캔미러는 결상렌즈를 통한 레이저 빔을 감광드럼의 소정 위치로 반사시키기 위해 회전운동을 하는 하나의 반사경을 포함한다.To this end, the present invention is directed to a laser printer which forms an image of a laser beam emitted from a laser diode (LD) according to a video signal of an input image on a photosensitive drum, and reproduces an image image by transferring a latent image formed on the photosensitive drum onto paper. The laser diode driving circuit controller controls the time for emitting the laser beam from the laser diode, and the collimator lens focuses the laser beam emitted from the laser diode into parallel light under the control of the laser diode driving circuit controller, and the imaging lens is the collimator lens. In the above, the parallel light focused at the image is formed into a point image, and the scan mirror includes a reflector that rotates to reflect the laser beam through the imaging lens to a predetermined position of the photosensitive drum.
본 발명에 따르면 레이저 빔 스폿이 감광드럼을 스캔하는 시간을 비선형적으로 제어하기 때문에, f·θ 렌즈를 단순결상기능을 갖는 일반 구면렌즈로 대체할 수 있다. 따라서, 결상렌즈의 조립 및 조정이 용이하고, 감광드럼에 결상되는 레이저 빔 스폿의 크기가 동일하게 주사되어 등속주사의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 결상렌즈를 통한 레이저 빔이 감광드럼에 결상되도록 반사하는 스캔미러의 반사면이 하나로 구성되기 때문에, 스캔미러의 기울어짐 현상으로 인하여 주기적으로 발생하는 화질상의 지터를 방지할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, since the laser beam spot nonlinearly controls the scanning time of the photosensitive drum, the f? Lens can be replaced with a general spherical lens having a simple imaging function. Therefore, the assembling and adjusting of the imaging lens is easy, and the size of the laser beam spot formed on the photosensitive drum is scanned in the same manner, so that the effect of constant velocity scanning can be obtained. In addition, since the reflection surface of the scan mirror reflecting the laser beam through the imaging lens to be imaged on the photosensitive drum is composed of one, there is an effect of preventing jitter in the image quality that occurs periodically due to the tilting of the scan mirror. .
Description
본 발명은 레이저 스캐닝 유니트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저 스캐닝 유니트의 f·θ렌즈를 단순결상기능을 갖는 일반적인 구면렌즈로 대체하고, 구면렌즈를 통하여 결상된 레이저 빔을 반사하는 스캔미러를 하나의 반사면으로 구성하며, 스캔미러에서 반사되어 감광드럼에 결상되는 레이저 빔 스폿의 크기가 동일하도록 레이저 빔의 스캔시간을 비선형적으로 제어하는 레이저 스캐닝 유니트에 관한 것이다.The present invention relates to a laser scanning unit, and more particularly, a scan mirror for replacing a f · θ lens of a laser scanning unit with a general spherical lens having a simple imaging function and reflecting an imaged laser beam through the spherical lens. The present invention relates to a laser scanning unit configured to nonlinearly control a scan time of a laser beam so that the size of a laser beam spot reflected from a scan mirror and formed on a photosensitive drum is the same.
일반적으로, 레이저 프린터는 입력화상의 비디오신호에 의해 레이저 다이오드로부터 방출되는 레이저 빔을 감광드럼에 결상시키고, 감광드럼에 형성되는 잠상에 토너를 분사하여 종이 등의 매개체에 전사함으로써 화상이미지를 재현하는 장치이다.In general, a laser printer forms an image of a laser beam emitted from a laser diode by a video signal of an input image on a photosensitive drum, and reproduces an image image by spraying toner on a latent image formed on the photosensitive drum and transferring it to a medium such as paper. Device.
이러한 레이저 프린터에서 레이저 빔을 방사하여 감광드럼상에 결상시키는 종래의 레이저 스캐닝 유니트의 구성을 도 1을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.The configuration of a conventional laser scanning unit for radiating a laser beam in such a laser printer and forming an image on a photosensitive drum will be described with reference to FIG. 1.
도면에서와 같이, 광원으로 사용되는 레이저 빔을 방사하는 레이저 다이오드(100)와; 레이저 다이오드(100)에서 방사된 레이저 빔을 광축에 대해 평행 광으로 만들어주는 콜리메이터 렌즈(101)와; 콜리메이터 렌즈(101)를 통한 평행 광을 부주사 방향에 대해 수평방향의 선형 광으로 만들어주는 실린더 렌즈(102)와; 실린더 렌즈(102)를 통한 수평방향의 선형 광을 등선속도로 이동시켜 스캐닝하는 복수의 반사면을 갖는 폴리곤 미러(103)와; 폴리곤 미러(103)를 등선속도로 회전시키는 폴리곤 미러 구동용 모터(104)와; 광축에 대해 일정한 음의 굴절률을 갖고 폴리곤 미러(103)를 통한 등선속도의 광을 주 스캐닝 방향으로 편광시키고 구면수차를 보정하여 스캐닝 면상에 포커스를 맞추어 주는 f·θ 렌즈(105)와; f·θ 렌즈(105)를 통한 레이저 빔을 수직으로 반사시켜 결상면인 감광드럼(107)의 표면에 점상으로 결상시키는 결상용 반사미러(106)와; f·θ 렌즈(105)를 통한 레이저 빔을 수평방향으로 반사시켜 주는 수평동기 미러(108)와; 수평동기 미러(108)에서 반사된 레이저 빔을 수광하여 동기를 맞추어 주기 위한 광센서(109)로 구성된다.As shown in the figure, a laser diode (100) for emitting a laser beam used as a light source; A collimator lens 101 which makes the laser beam emitted from the laser diode 100 into parallel light with respect to the optical axis; A cylinder lens 102 for making parallel light through the collimator lens 101 into linear light in a horizontal direction with respect to the sub-scanning direction; A polygon mirror 103 having a plurality of reflective surfaces for scanning by moving the linear light in the horizontal direction through the cylinder lens 102 at an isotropic speed; A polygon mirror driving motor 104 which rotates the polygon mirror 103 at an isotropic speed; An f · θ lens 105 having a constant negative refractive index with respect to the optical axis and polarizing light at an equilinear speed through the polygon mirror 103 in the main scanning direction and correcting spherical aberration to focus on the scanning surface; an imaging reflecting mirror 106 for reflecting the laser beam through the f? lens 105 vertically to form an image on the surface of the photosensitive drum 107 as an imaging surface in a point shape; a horizontal synchronous mirror 108 for reflecting the laser beam through the f? lens 105 in a horizontal direction; The optical sensor 109 is configured to receive the laser beam reflected from the horizontal synchronous mirror 108 and to synchronize the laser beam.
여기서 f·θ 렌즈(105)는, 폴리곤 미러(103)에서 등선속도로 굴절된 레이저 빔을 집속하여 편광시키는 구면수차 보정용 구면렌즈(105a)와, 구면렌즈(105a)를 통해 구면수차가 보정된 레이저 빔을 일정한 굴절률을 갖고 주 스캐닝 방향으로 편광시켜 주는 토릭렌즈(Toric Lens)(105b)를 포함한다. f·θ 렌즈(105)는 폴리곤 미러(103)에서 반사된 레이저 빔이 감광드럼(107)에서의 주사위치가 등거리가 되도록 보정하는 f·θ 보정을 수행한다.Here, the f · θ lens 105 includes a spherical aberration correcting spherical lens 105a for focusing and polarizing a laser beam refracted at an equilinear speed in the polygon mirror 103, and spherical aberration corrected through the spherical lens 105a. Toric Lens 105b for polarizing the laser beam in the main scanning direction with a constant refractive index. The f · θ lens 105 performs f · θ correction to correct the laser beam reflected from the polygon mirror 103 such that the dice on the photosensitive drum 107 are equidistant.
이와 같이, 레이저 스캐닝 유니트에서 f·θ 보정을 수행해야 하기 위하여 f·θ특성을 갖는 f·θ 렌즈(105)를 사용하는 이유를 간단히 살펴보기로 한다.As described above, the reason for using the f · θ lens 105 having the f · θ characteristic in order to perform the f · θ correction in the laser scanning unit will be briefly described.
레이저 프린터에서 감광체에 초점을 맺도록 직선 주사시키는 것과 레이저 빔을 등속 주사시키는 것이 중요한 기술로 알려져 있다. 왜냐하면, 폴리곤 미러에서 반사된 레이저 빔을 감광드럼에 결상시키는 결상렌즈를 일반적인 구면렌즈로 구성하는 경우, 폴리곤 미러를 통해 굴절된 레이저 빔이 초점면에서 원호를 형성하는 것은 감광드럼상에 직진 초점면을 형성하지 못하게 된다. 이에 따라 등선속도로 회전하는 폴리곤 미러에서 반사되어 감광드럼에 결상되는 레이저 빔은 등속 주사되지 않으므로 프린팅에서 심한 왜곡이 발생된다.In laser printers, it is known that the linear scanning and the constant velocity scanning of the laser beam are focused on the photoconductor. This is because when the imaging lens for forming the laser beam reflected from the polygon mirror onto the photosensitive drum is composed of a general spherical lens, the laser beam refracted through the polygon mirror to form an arc in the focal plane is a straight focal plane on the photosensitive drum. Will not form. As a result, the laser beam reflected from the polygon mirror rotating at an isotropic speed and imaged on the photosensitive drum is not scanned at a constant velocity, which causes severe distortion in printing.
이를 좀더 구체적으로 설명하면, 일반 구면렌즈에서 초점면까지의 초점거리를 f라 하고, 광선과 광축이 이루는 각을 θ라 할 때 무한원점에 있는 물체의 상높이(H) = f·tanθ로 된다.In more detail, when the focal length from the general spherical lens to the focal plane is f and the angle formed by the light beam and the optical axis is θ, the image height H of the object at infinity is equal to f · tanθ. .
여기서, 레이저 프린터에서 폴리곤 미러가 항상 일정한 각속도(등각속도)로 회전하고 있을 때(각속도: 회전의 중심과 물체의 연결한 선분이 기선과 이루는 각의 시각적 변환율) 상높이(H)는 광선과 광축이 이루는 각(θ)이 0일 때, 초점거리(f)와 관계없이 0이 된다. 그러나, 광선과 광축이 이루는 각(θ)이 커진다는 것은 광축으로부터 멀어진다는 뜻이므로 tanθ의 값이 커져서 H = f·tanθ의 관계에 의해 상높이(H)는 커진다.Here, when the polygon mirror is always rotating at a constant angular velocity (isometric velocity) in a laser printer (angular velocity: visual conversion of the angle formed by the connecting line segment of the object with the base line), the image height (H) is the light beam and the optical axis. When the angle θ is 0, the value becomes 0 regardless of the focal length f. However, the larger the angle θ formed between the light beam and the optical axis means that it is farther from the optical axis, the larger the value of tan θ becomes and the image height H becomes larger due to the relationship of H = f · tanθ.
즉, 폴리곤 미러에서 반사되어 결상렌즈를 통한 후 감광드럼에 결상되는 레이저 빔의 스폿은 감광드럼의 중앙에서 양끝으로 갈수록 그 크기가 커지게 된다(도 3b 참조).That is, the spot of the laser beam reflected from the polygon mirror and formed through the imaging lens and then imaged on the photosensitive drum increases in size from the center of the photosensitive drum to both ends thereof (see FIG. 3B).
이상에서 살펴본 바와 같이, 폴리곤 미러에서 반사된 레이저 빔을 감광드럼에 결상시키는 결상렌즈로 일반 구면렌즈를 사용하는 경우, 감광드럼의 각 위치에서의 레이저 빔 스폿의 스캔속도는 하기의 수학식 1과 같다.As described above, when a general spherical lens is used as an imaging lens for imaging a laser beam reflected from a polygon mirror onto a photosensitive drum, the scanning speed of the laser beam spot at each position of the photosensitive drum is expressed by Equation 1 below. same.
ti: 1 스폿 스캔 시간t i : 1 spot scan time
f : 결상렌즈의 초점거리f: focal length of imaging lens
ω : 폴리곤 미러의 회전주파수ω: Rotation frequency of polygon mirror
상기의 수학식 1에서와 같이, 레이저 빔 스폿의 주사속도는 주주사방향에 있어서, 결상렌즈의 초점거리가 멀수록, 즉 주사각도가 커질수록 주사속도가 빨라지게 되어 스캔 중심에 비해 양끝부분이 큰 포물선궤도를 그리게 된다(도 6a 참조).As shown in Equation 1, the scanning speed of the laser beam spot is faster in the main scanning direction, so that the larger the focal length of the imaging lens is, that is, the larger the scanning angle, the faster the scanning speed is. A parabolic orbit is drawn (see FIG. 6A).
따라서, 폴리곤 미러에서 반사된 레이저 빔이 감광드럼에서의 주사위치가 등거리가 되도록 보정할 필요가 있는데, 이를 위하여 결상렌즈로 f·θ 렌즈를 사용하는 것이다.Therefore, it is necessary to correct the laser beam reflected from the polygon mirror so that the dice on the photosensitive drum are equidistant. For this purpose, an f · θ lens is used as an imaging lens.
이러한 f·θ 렌즈는 재료비의 절감 및 조립의 단순성을 위해 비구면등의 복잡한 면을 갖는 적은 수의 렌즈로 f·θ 렌즈를 구성하고 있다. 예를 들면 한 면이 토릭형상을 갖는 두 매의 렌즈로 f·θ 렌즈를 구성하거나, 비구면렌즈 한 매와 원통형렌즈 한 매로 이루어지는 두 매의 렌즈로 f·θ 렌즈를 구성하거나, 또는 양면이 비구면으로 된 한 매의 렌즈로 f·θ 렌즈를 구성하기도 한다.Such f · θ lenses are composed of a small number of lenses having a complicated surface such as an aspherical surface for reducing material cost and simplicity of assembly. For example, an f · θ lens may be composed of two lenses each having a toric shape, or an f · θ lens may be composed of two lenses each consisting of an aspherical lens and a cylindrical lens, or both surfaces may be aspherical. An f · θ lens may be composed of a single lens.
그러나, 이와 같은 종래의 레이저 스캐닝 유니트에 의하면 다음과 같은 문제점이 발생한다.However, according to the conventional laser scanning unit, the following problems occur.
첫째, f·θ 렌즈는 면구성이 간단할수록 렌즈의 매수가 증가하게 되어 재료비의 증가 및 조립, 조정이 복잡해지고, 또한 1-2매 정도의 렌즈로 f·θ 렌즈를 구성할 경우에는 그 면의 형상이 복잡해져서 고도의 정밀가공과 설계기술이 필요한 문제점이 발생하며, 레이저 프린터의 해상도가 고해상도일수록 f·θ 렌즈의 구성이 더욱 복잡해지며 렌즈를 구성하는 매수도 증가하게 된다.First, the simpler the surface configuration of the f · θ lens is, the more the number of lenses increases, which increases the cost, assembly and adjustment of the material cost, and when the f · θ lens is composed of 1-2 lenses, the surface Due to the complexity of the shape, a problem arises that requires high precision processing and design technology. As the resolution of the laser printer becomes higher, the composition of the f · θ lens becomes more complicated, and the number of sheets forming the lens also increases.
둘째, 레이저 다이오드에서 방사된 레이저 빔을 반사하는 스캔미러인 폴리곤 미러를 회전시키는 모터의 구동에 의하여 폴리곤 미러의 기울어짐 현상이 발생하고, 이에 따라 화질상에 지터가 생기는 문제점이 있다.Second, the tilt of the polygon mirror occurs due to the driving of the motor that rotates the polygon mirror, which is a scan mirror reflecting the laser beam emitted from the laser diode, thereby causing jitter in image quality.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 레이저 스캐닝 유니트를 간단하게 구성하여 조립 및 조정을 손쉽게 할 수 있도록 f·θ 렌즈를 단순결상기능을 갖는 일반 구면렌즈로 대체하고, 레이저 빔 스폿의 크기가 동일하게 주사되어 등속주사의 효과를 발생할 수 있도록 레이저 빔의 스캔시간을 비선형적으로 제어하며, 스캔미러를 회전시키는 모터의 구동시에 발생하는 기울어짐 현상에 의하여 주기적으로 발생하는 화질상의 지터를 방지하기 위하여 스캔미러를 하나의 반사면으로 구성하는 레이저 스캐닝 유니트를 제공함에 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to replace the f · θ lens with a general spherical lens having a simple imaging function so that the laser scanning unit can be easily configured to facilitate assembly and adjustment. In addition, the scan time of the laser beam is controlled non-linearly so that the size of the laser beam spot is equally scanned to produce the constant velocity scanning effect, and periodically due to the tilting phenomenon generated when driving the motor to rotate the scan mirror. In order to prevent jitter in image quality that occurs, the present invention provides a laser scanning unit that configures a scan mirror as one reflective surface.
도 1은 종래의 레이저 스캐닝 유니트를 나타낸 사시도,1 is a perspective view showing a conventional laser scanning unit,
도 2는 본 발명에 따른 레이저 스캐닝 유니트를 나타낸 사시도,2 is a perspective view of a laser scanning unit according to the present invention;
도 3는 감광드럼에 결상되는 레이저 빔 스폿의 크기를 도시한 예시도로,3 is an exemplary diagram showing the size of a laser beam spot formed on a photosensitive drum;
도 3a는 레이저 빔이 등속주사될 때 감광드럼에 결상되는 스폿의 크기,Figure 3a shows the size of the spot formed on the photosensitive drum when the laser beam is subjected to constant velocity scanning,
도 3b는 일반 구면렌즈를 결상렌즈로 사용한 경우 감광드럼에 결상되는 스폿의 크기,Figure 3b is the size of the spot formed on the photosensitive drum when a normal spherical lens is used as an imaging lens,
도 4는 도 2에 도시된 레이저 다이오드에서 방사되는 레이저 빔의 스캔시간을 제어하는 레이저 다이오드 구동회로 제어부의 구성을 나타낸 블록도,4 is a block diagram illustrating a configuration of a laser diode driving circuit controller for controlling a scan time of a laser beam emitted from the laser diode shown in FIG. 2;
도 5는 도 4의 레이저 다이오드 구동회로 제어부의 제어에 따른 레이저 빔의 스캔시간을 도시한 타이밍 챠트,5 is a timing chart showing a scan time of a laser beam according to the control of the laser diode driving circuit controller of FIG. 4;
도 6은 도 4의 레이저 다이오드 구동회로 제어부에 따라 레이저 빔 스폿이 등속주사되는 보정과정을 나타낸 개념도로,6 is a conceptual diagram illustrating a process of correcting a constant velocity scan of a laser beam spot according to the laser diode driving circuit controller of FIG. 4.
도 6a는 레이저 빔이 감광드럼을 스캔하는 속도를 나타낸 그래프,6a is a graph showing the speed with which a laser beam scans a photosensitive drum;
도 6b는 주주사방향에 따라 레이저 빔이 감광드럼을 스캔하는 시간을나타낸 그래프,Figure 6b is a graph showing the time the laser beam scans the photosensitive drum in the main scanning direction,
도 6c는 도 4의 레이저 다이오드 구동회로 제어부에 따라 보정된 레이저 빔 스폿의 크기를 나타낸 그래프이다.6C is a graph illustrating the size of the laser beam spot corrected by the laser diode driving circuit controller of FIG. 4.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞<Description of the code | symbol about the principal part of drawing>
200 : 레이저 다이오드 201 : 콜리메이터 렌즈200: laser diode 201: collimator lens
202 : 결상렌즈 203 : 스캔미러202: imaging lens 203: scan mirror
204 : 스캔미러 구동용 모터 208 : 감광드럼204: Scan mirror driving motor 208: Photosensitive drum
300 : 레이저 다이오드 구동회로 제어부300: laser diode driving circuit control unit
310 : 룩-업 테이블 320 : 멀티플렉서310: look-up table 320: multiplexer
이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 입력화상의 비디오신호에 따라 레이저 다이오드(LD)로부터 방사되는 레이저 빔을 감광드럼에 결상시키고, 감광드럼에 형성되는 잠상을 종이에 전사함으로써 화상이미지를 재현하는 레이저 프린터에 있어서: 레이저 다이오드에서 레이저 빔을 방사하는 시간을 제어하는 레이저 다이오드 구동회로 제어부와, 레이저 다이오드 구동회로 제어부의 제어에 따라 레이저 다이오드로부터 방사되는 레이저 빔을 평행광으로 집속시키는 콜리메이터 렌즈와, 콜리메이터 렌즈에서 집속된 평행광을 점상으로 결상시키는 결상렌즈와, 결상렌즈를 통한 레이저 빔을 감광드럼의 소정 위치로 반사시키기 위해 회전운동을 하는 하나의 반사경을 포함하는 스캔미러를 포함하는 것에 있다.A feature of the present invention for achieving the above objects is, by imaging the laser beam emitted from the laser diode (LD) according to the video signal of the input image to the photosensitive drum, and transfer the latent image formed on the photosensitive drum to paper image image A laser printer reproducing a laser beam comprising: a laser diode driving circuit control unit controlling a time for emitting a laser beam from a laser diode, and a collimator for focusing a laser beam emitted from the laser diode into parallel light under the control of the laser diode driving circuit control unit. And a scan mirror including a lens, an imaging lens for imaging parallel light focused in a collimator lens, and a reflecting mirror which rotates to reflect the laser beam through the imaging lens to a predetermined position of the photosensitive drum. Is in.
바람직하게, 레이저 다이오드 구동회로 제어부는 레이저 다이오드에서 방사되어 감광드럼을 스캔하는 레이저 빔 스폿의 스캔시간을 저장하는 룩-업 테이블과, 입력화상의 비디오신호와, 룩-업 테이블에 저장된 레이저 빔 스폿의 스캔시간 중에서 비디오신호에 대응하는 위치의 스캔시간을 합성(mixing)하는 멀티플렉서를 포함한다.Preferably, the laser diode driving circuit controller includes a look-up table for storing a scan time of a laser beam spot radiated from the laser diode to scan a photosensitive drum, a video signal of an input image, and a laser beam spot stored in the look-up table. It includes a multiplexer for mixing the scan time of the position corresponding to the video signal among the scan time of.
바람직하게, 스캔시간은 레이저 빔 스폿이 감광드럼을 스캔하는 속도에 반비례한다.Preferably, the scan time is inversely proportional to the speed at which the laser beam spot scans the photosensitive drum.
바람직하게, 결상렌즈는 하나의 구면렌즈로 이루어진다.Preferably, the imaging lens consists of one spherical lens.
바람직하게, 결상렌즈는 콜리메이터 렌즈와 스캔미러의 사이에 설치된다.Preferably, the imaging lens is installed between the collimator lens and the scan mirror.
바람직하게, 스캔미러는 레이저 빔 스폿이 감광드럼의 스캔 시작위치에서 종료위치까지 순차적으로 스캔하도록 소정 각도로 회전된다.Preferably, the scan mirror is rotated at an angle such that the laser beam spot is sequentially scanned from the scan start position to the end position of the photosensitive drum.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기의 설명에서는 구체적인 회로의 구성소자 등과 같은 많은 특정사항들이 도시되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to the elements of each drawing, it should be noted that the same elements are denoted by the same reference numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in the following description there are shown a number of specific details, such as components of the specific circuit, which are provided only to help a more general understanding of the present invention that the present invention may be practiced without these specific details. It is self-evident to those of ordinary knowledge in Esau. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 2에는 본 발명에 따른 레이저 스캐닝 유니트를 나타낸 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 감광드럼에 결상되는 레이저 빔 스폿의 크기를 나타낸 예시도가 도시된 것으로, 도 3a에는 레이저 빔이 등속주사될 때 감광드럼에 결상되는 스폿의 크기가 도시되어 있고, 도 3b에는 일반 구면렌즈를 결상렌즈로 사용한 경우 감광드럼에 결상되는 스폿의 크기가 도시되어 있으며, 도 4에는 도 2에 도시된 레이저 다이오드에서 방사되는 레이저 빔의 스캔시간을 제어하는 레이저 다이오드 구동회로 제어부의 구성을 나타낸 블록도가 도시되어 있고, 도 5에는 도 4의 레이저 다이오드 구동회로 제어부의 제어에 따른 레이저 빔의 스캔시간을 나타낸 타이밍 챠트가 도시되어 있으며, 도 6에는 도 4의 레이저 다이오드 구동회로 제어부에 따라 레이저 빔 스폿이 등속주사되는 보정과정을 나타낸 개념도가 도시된 것으로, 도 6a에는 레이저 빔이 감광드럼을 스캔하는 속도를 나타낸 그래프가 도시되어 있고, 도 6b는 주주사방향에 따라 레이저 빔이 감광드럼을 스캔하는 시간을 나타낸 그래프가 도시되어 있으며, 도 6c는 도 4의 레이저 다이오드 구동회로 제어부에 따라 보정된 레이저 빔 스폿의 크기를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.Figure 2 is a perspective view showing a laser scanning unit according to the present invention, Figure 3 is an exemplary view showing the size of the laser beam spot formed on the photosensitive drum, Figure 3a when the laser beam is a constant velocity scan The size of the spot formed on the photosensitive drum is shown. FIG. 3B shows the size of the spot formed on the photosensitive drum when a general spherical lens is used as the imaging lens. FIG. 4 shows radiation of the spot formed on the photosensitive drum. A block diagram showing the configuration of the laser diode driving circuit controller for controlling the scan time of the laser beam is shown, and FIG. 5 is a timing chart showing the scan time of the laser beam under the control of the laser diode driving circuit controller of FIG. 6, the laser beam spot is a constant velocity scan according to the laser diode driving circuit controller of FIG. A conceptual diagram illustrating a correction process is shown. FIG. 6A is a graph illustrating a speed at which a laser beam scans a photosensitive drum. FIG. 6B is a graph showing a time for scanning a photosensitive drum in the main scanning direction. 6C is a graph showing the size of the laser beam spot corrected according to the laser diode driving circuit controller of FIG. 4.
도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 레이저 스캐닝 유니트는 레이저 다이오드(200), 레이저 다이오드 구동회로부(미도시), 콜리메이터 렌즈(201), 결상렌즈(202), 스캔미러(203), 스캔미러 구동용 모터(204) 및 그 구동부(미도시), 반사미러(205), 동기신호 검출센서(206) 및 그 제어부(미도시) 등으로 구성된다.2, the laser scanning unit according to the present invention includes a laser diode 200, a laser diode driving circuit unit (not shown), a collimator lens 201, an imaging lens 202, a scan mirror 203, and a scan mirror driving. And a driving motor (not shown), a reflection mirror 205, a synchronization signal detection sensor 206, a control unit (not shown), and the like.
여기서, 종래의 레이저 스캐닝 유니트와 동일한 구성을 설명을 생략하고 본 발명의 핵심인 결상렌즈(202)와 스캔미러(203) 및 레이저 다이오드 구동회로부(미도시)를 제어하는 레이저 다이오드 구동회로 제어부(200)에 대해서 설명하기로 한다.Here, the same configuration as that of the conventional laser scanning unit is omitted, and the laser diode driving circuit controller 200 controlling the imaging lens 202, the scan mirror 203, and the laser diode driving circuit unit (not shown) which are the core of the present invention. ) Will be described.
먼저, 결상렌즈(202)는 레이저 다이오드(200)로부터 방사된 빔을 광축에 대하여 평행광으로 만들어 주는 콜리메이터 렌즈(201)와 스캔미러(203)와의 사이에 설치되고, 종래의 f·θ렌즈를 대신하여 단순결상기능을 갖는 간단한 1매의 구면렌즈로 구성된다. 이러한 결상렌즈(202)는 콜리메이터 렌즈(201)를 통한 평행광을 등선속도로 회전 운동시켜서 스캐닝하는 스캔미러(203)의 스캔 반사면에 결상시킨다.First, the imaging lens 202 is provided between the collimator lens 201 and the scan mirror 203 which makes the beam radiated from the laser diode 200 into parallel light with respect to the optical axis. Instead, it consists of one simple spherical lens with a simple imaging function. The imaging lens 202 forms an image on the scan reflection surface of the scan mirror 203 which scans by rotating the parallel light through the collimator lens 201 at an isotropic speed.
스캔미러(203)는 결상렌즈(202)를 통하여 결상된 레이저 빔을 반사하는데, 이때, 스캔미러(203)는 하나의 반사면을 포함한다. 즉, 스캔미러(203)는 결상렌즈(202)를 통해 결상되는 레이저 빔을 하나의 반사면으로 반사하여 레이저 빔 스폿이 감광드럼(208)의 스캔 시작위치에서 종료위치까지 정확한 위치에 결상되도록 미세한 회전을 수행한다.The scan mirror 203 reflects the laser beam formed through the imaging lens 202, where the scan mirror 203 includes one reflective surface. That is, the scan mirror 203 reflects the laser beam formed through the imaging lens 202 to one reflective surface so that the laser beam spot is imaged at a precise position from the scan start position to the end position of the photosensitive drum 208. Perform the rotation.
이러한 구성을 갖는 레이저 스캐닝 유니트의 작용을 살펴보면 입력화상의 비디오신호에 따라 레이저 다이오드(200)에서 방사되어 콜리메이터 렌즈(201)를 통한 레이저 빔은 광축에 대해 평행하게 진행하고, 이 평행광은 결상렌즈(202)를 통하여스캔미러(203)에 결상된다. 스캔미러(203)는 하나의 반사면을 이용하여 결상된 레이저 빔을 감광드럼(208)의 소정위치로 반사하여 결상시키고, 감광드럼(208)에는 잠상이 형성된다. 감광드럼(208)에 한 라인의 정전잠상이 형성된 후, 스캔미러(203)가 계속 회전하여 하나의 반사면이 레이저 빔 스폿을 감광드럼(208)의 스캔 시작위치에 결상시킬 수 있는 위치에 도달하면, 상기와 같은 과정을 반복 수행한다.Referring to the operation of the laser scanning unit having such a configuration, the laser beam emitted from the laser diode 200 in accordance with the video signal of the input image travels in parallel with the optical axis, and the parallel light passes through the imaging lens. An image is formed in the scan mirror 203 through the 202. The scan mirror 203 reflects the laser beam formed by using one reflective surface to a predetermined position of the photosensitive drum 208 to form an image, and a latent image is formed on the photosensitive drum 208. After a line of electrostatic latent image was formed on the photosensitive drum 208, the scan mirror 203 continued to rotate so that one reflective surface reached a position where the laser beam spot could be imaged at the start position of the photosensitive drum 208. In this case, the above process is repeated.
그러나, 결상렌즈(202)는 콜리메이터 렌즈(201)를 통한 평행광을 스캔미러(203)에 결상시키는 단순한 역할만을 하기 때문에 입력화상 비디오신호의 온/오프 주파수에 맞춰 레이저 다이오드(200)에서 방사되어 감광드럼(208)에 주사되는 레이저 빔 스폿은 감광드럼의 양끝으로 갈수록 스폿의 크기가 커지게 되어 해상도 변화 및 화질열화를 일으키게 된다.However, since the imaging lens 202 merely serves to form parallel light through the collimator lens 201 on the scan mirror 203, the imaging lens 202 is radiated from the laser diode 200 according to the on / off frequency of the input image video signal. The laser beam spot scanned on the photosensitive drum 208 becomes larger in size at both ends of the photosensitive drum, causing a change in resolution and deterioration in image quality.
즉, 도 3a에 도시된 바와 같이, 입력화상 비디오 신호의 온/오프 주파수에 맞춰 레이저 다이오드(200)에서 방사되어 감광드럼(208)에 등속 주사되는 레이저 빔 스폿의 크기는 항상 동일해야 한다. 그러나, 결상렌즈(202)를 하나의 구면렌즈로 구성하는 경우에는 도 3b에 도시된 바와 같이, 입력화상 비디오 신호의 온/오프 주파수에 맞춰 레이저 다이오드(200)에서 방사되어 감광드럼(208)에 주사되는 레이저 빔은 등속 주사가 이루어지지 않기 때문에 레이저 빔 스폿의 크기는 감광드럼(208)의 중간에서 양단부로 갈수록 그 크기는 점차로 커지게 된다.That is, as shown in FIG. 3A, the size of the laser beam spot radiated from the laser diode 200 at constant speed scanning to the photosensitive drum 208 at the on / off frequency of the input image video signal should always be the same. However, when the imaging lens 202 is composed of one spherical lens, as shown in FIG. 3B, the imaging lens 202 is radiated from the laser diode 200 in accordance with the on / off frequency of the input image video signal to the photosensitive drum 208. Since the laser beam to be scanned is not subjected to constant velocity scanning, the size of the laser beam spot gradually increases from the middle of the photosensitive drum 208 to both ends thereof.
하나의 구면렌즈로 구성된 결상렌즈(202)에 의해 발생되는 해상도 변화 및 화질열화를 방지하기 위하여 레이저 다이오드(200)에서 레이저 빔이 방사되는 시간, 즉 레이저 빔 스폿이 감광드럼(208)을 스캔하는 시간을 비선형적으로 제어하여 감광드럼(208)에 결상되는 레이저 빔의 스폿이 동일한 크기로 형성되도록 제어하여야 한다.In order to prevent resolution degradation and image quality degradation caused by the imaging lens 202 composed of one spherical lens, the time when the laser beam is emitted from the laser diode 200, that is, the laser beam spot scans the photosensitive drum 208 The time must be controlled non-linearly so that the spot of the laser beam formed on the photosensitive drum 208 is formed to have the same size.
이를 위해 도 4에 도시된 바와 같이, 입력화상의 비디오신호를 입력하는 비디오 컨트롤러(400)와, 비디오 컨트롤러(400)에서 수신된 입력화상의 비디오신호에 대응하여 레이저 다이오드(200)에서 레이저 빔을 방사하는 시간을 제어하는 레이저 다이오드 구동회로 제어부(300)와, 레이저 다이오드 구동회로 제어부(300)의 제어에 따라 레이저 빔을 방사하는 레이저 다이오드(200)로 구성된다.To this end, as shown in FIG. 4, a laser beam is emitted from the laser diode 200 in response to the video controller 400 for inputting the video signal of the input image and the video signal of the input image received from the video controller 400. The laser diode driving circuit control unit 300 for controlling the time to emit, and the laser diode 200 for emitting a laser beam under the control of the laser diode driving circuit control unit 300.
레이저 다이오드 구동회로 제어부(300)에는 레이저 빔 스폿이 감광드럼(208)에 결상되는 각각의 위치에서 감광드럼(208)을 스캔하는 시간을 저장하는 룩-업 테이블(Look Up Table; 이하 'LUT'라 함)(310)과, 비디오 컨트롤러(400)로부터 수신되는 입력화상의 비디오신호와, 비디오신호에 대응하는 레이저 빔 스폿의 스캔시간을 합성(mixing)하는 멀티플렉서(320)를 포함한다.The laser diode driving circuit controller 300 has a look up table (LUT) for storing a time for scanning the photosensitive drum 208 at each position where the laser beam spot is imaged on the photosensitive drum 208. 310, a multiplexer 320 for mixing a video signal of an input image received from the video controller 400 and a scan time of a laser beam spot corresponding to the video signal.
여기서, LUT(310)에 저장된 레이저 빔 스폿의 스캔시간의 구성을 살펴보기로 한다.Here, the configuration of the scan time of the laser beam spot stored in the LUT 310 will be described.
감광드럼(208)에 결상되는 레이저 빔의 한 스폿이 스캔하는 구간 = 수학식 1에서의 스캔속도 × 한 스폿의 스캔시간이 된다.An interval in which one spot of the laser beam formed on the photosensitive drum 208 scans = a scan speed in Equation 1 × a scan time of one spot.
감광드럼(208)에 결상되는 레이저 빔 스폿의 스캔속도는, 상기의 수학식 1에 기재된 바와 같이 스캔구간의 중심에서는 느리고 양끝 구간으로 갈수록 빨라진다(도 6a 참조).The scan speed of the laser beam spot formed on the photosensitive drum 208 is slow at the center of the scan section and faster toward both end sections as described in Equation 1 (see FIG. 6A).
따라서, 레이저 빔의 한 스폿이 스캔하는 구간이 동일하기 위해서는, 즉 등속주사를 수행하기 위해서는 LUT(310)에 저장된 레이저 빔 스폿의 스캔시간은 하기의 수학식 2와 같이 구성되어야 한다.Therefore, in order for the same scan interval of one spot of the laser beam, that is, to perform constant velocity scanning, the scan time of the laser beam spot stored in the LUT 310 should be configured as in Equation 2 below.
상기의 수학식 2에 따라서 감광드럼 표면의 각 위치에서의 LUT(310)의 타이밍 데이터는 다음과 같이 구성된다.According to Equation 2 above, the timing data of the LUT 310 at each position of the photosensitive drum surface is configured as follows.
LUT(t1) = cos2(ω·t1)/(f·ω)LUT (t 1 ) = cos 2 (ωt 1 ) / (f · ω)
LUT(t2) = cos2(ω·t2)/(f·ω)LUT (t 2 ) = cos 2 (ωt 2 ) / (f · ω)
LUT(t3) = cos2(ω·t3)/(f·ω)LUT (t 3 ) = cos 2 (ωt 3 ) / (f · ω)
· · ·· · ·
LUT(tn) = cos2(ω·tn)/(f·ω)LUT (t n ) = cos 2 (ωt n ) / (f · ω)
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 레이저 다이오드 구동회로 제어부(300)는 레이저 다이오드(200)에서 방사되는 레이저 빔의 방사시간을 감광드럼(208)의 스캔중심에서는 길고, 양끝부분으로 갈수록 짧게 제어한다.That is, as shown in FIG. 5, the laser diode driving circuit controller 300 controls the radiation time of the laser beam emitted from the laser diode 200 to be long at the scan center of the photosensitive drum 208 and shorter toward both ends. do.
이상에서 살펴본 바와 같이, 비디오 컨트롤러(400)에서 입력화상의 비디오신호가 입력되면, 레이저 다이오드 구동회로 제어부(300)의 멀티플렉서(320)는 입력된 비디오 신호에 대응하여 LUT(310)에 저장된 타이밍 데이터에서 해당 레이저 빔 스폿의 온되는 시간을 검출하고, 검출된 레이저 빔 스폿의 온되는 시간을 레이저 다이오드 구동부(미도시)로 출력하여, 레이저 다이오드 구동부의 제어에 의해 레이저 다이오드(200)에서 방사되는 레이저 빔의 스캔시간은 비선형적으로 제어한다. 따라서, 감광드럼(208)에 형성되는 레이저 빔 스폿의 크기는 감광드럼(208)의 중앙부분이나 양끝부분이나 동일하게 형성된다.As described above, when a video signal of an input image is input from the video controller 400, the multiplexer 320 of the laser diode driving circuit controller 300 corresponds to timing data stored in the LUT 310 in response to the input video signal. Detects the time that the laser beam spot is turned on, outputs the detected time of the laser beam spot to the laser diode driver (not shown), and emits the laser beam from the laser diode 200 under the control of the laser diode driver. The scan time of the beam is controlled nonlinearly. Therefore, the size of the laser beam spot formed on the photosensitive drum 208 is formed to be the same as the center portion or both ends of the photosensitive drum 208.
즉, 레이저 빔 스폿이 감광드럼(208)을 스캔하는 속도가 도 6a에 도시된 바와 같이 스캔중심에서는 느리고 양끝 구간으로 갈수록 빨라지며, 레이저 다이오드(200)에서 레이저 빔을 방사하는 시간, 즉 레이저 빔 스폿이 감광드럼(208)을 스캔하는 시간은 스캔중심에서는 길고 양끝 구간으로 갈수록 짧기 때문에, 결과적으로 감광드럼(208)에 결상되는 레이저 빔 스폿의 크기는 동일하게 되므로 등속으로 주사되는 효과를 얻을 수 있다(도 6c 참조).That is, the speed at which the laser beam spot scans the photosensitive drum 208 is slow at the scan center and becomes faster toward both ends as shown in FIG. 6A, and the time when the laser diode 200 emits the laser beam, that is, the laser beam. Since the spot scan time of the photosensitive drum 208 is long at the scan center and shorter toward both ends, the laser beam spot formed on the photosensitive drum 208 becomes the same size, so that the scanning speed can be obtained at a constant speed. (See FIG. 6C).
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the claims below and equivalents thereof.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 레이저 스캐닝 유니트에 따르면 다음과 같은 이점이 있다.As described above, the laser scanning unit according to the present invention has the following advantages.
첫째, 레이저 빔 스폿이 감광드럼을 스캔하는 시간을 비선형적으로 제어하기 때문에, f·θ 렌즈를 단순결상기능을 갖는 일반 구면렌즈로 대체할 수 있다. 따라서, 결상렌즈의 조립 및 조정이 용이하고, 감광드럼에 결상되는 레이저 빔 스폿의 크기가 동일하게 주사되어 등속주사의 효과를 얻을 수 있다.First, since the laser beam spot nonlinearly controls the scanning time of the photosensitive drum, the f? Lens can be replaced with a general spherical lens having a simple imaging function. Therefore, the assembling and adjusting of the imaging lens is easy, and the size of the laser beam spot formed on the photosensitive drum is scanned in the same manner, so that the effect of constant velocity scanning can be obtained.
둘째, 결상렌즈를 통한 레이저 빔이 감광드럼에 결상되도록 반사하는 스캔미러의 반사면이 하나로 구성되기 때문에, 고속으로 회전하는 스캔미러의 기울어짐 현상으로 인하여 주기적으로 발생하는 화질상의 지터를 방지할 수 있다.Second, since the reflection surface of the scan mirror reflecting the laser beam through the imaging lens to be formed on the photosensitive drum is composed of one, it is possible to prevent jitter in the image quality that occurs periodically due to the tilt of the scan mirror rotating at high speed. have.
Claims (6)
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