KR100341417B1

KR100341417B1 - 광주사장치

Info

Publication number: KR100341417B1
Application number: KR1019970070275A
Authority: KR
Inventors: 유봉준
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 1997-12-19
Filing date: 1997-12-19
Publication date: 2002-09-12
Also published as: KR19990051040A

Abstract

본 발명은 2매의 플라스틱 렌즈로 구성된 주사광학계로서 기존의 주사광학계보다 화각이 크고, 편향면에서 피주사면까지의 거리가 짧으며 렌즈면의 형상이 비교적 금형가공이 용이하도록 구성하였으며, 또한 온도 및 습도 등의 환경변화에 따른 굴절능의 변화를 최소로하는 동시에 양호한 특성 등 높은 광학성능을 만족하도록 하는 광주사장치에 관한 것으로, 이는 광원부로부터 출사되는 광속을 결상광학계를 통하여 회전다면경에 의해 편향시킨후 주사렌즈계를 통하여 피주면상에 결상시켜주는 주사광학계에 있어서, 正(+)의 굴절능을 가지는 제 1 주사렌즈와 負(1)의 굴절능을 가진 제 2 주사렌즈로 구성되는 주사 광학계.

Description

광주사장치

본 발명은 2매의 플라스틱 렌즈로 구성된 주사광학계로서 기존의 주사광학계보다 화각이 크고, 편향면에서 피주사면까지의 거리가 짧으며 렌즈면의 형상이 비교적 금형가공이 용이하도록 구성하였으며, 또한 온도 및 습도 등의 환경변화에 따른 굴절능의 변화를 최소로하는 동시에 양호한 특성 등 높은 광학성능을 만족하도록 하는 광주사장치에 관한 것이다.

종래에는 첨부된 도면의 도1에서 보는 바와 같이 레이저 다이오드(1)로부터 광 변조된 광속이 콜리메이터 렌즈(2)에 의해 평행 광이 된후 주주사 방향으로 장공형인 슬릿(3)을 통과한다. 슬릿을 통과한 평행광속은 부주사 방향으로 굴절능을 가지는 실린더 렌즈(4)에 입사하게 되고, 실린더 렌즈(4)를 통과한 후 주주사 방향의 광속은 평행광으로 회전다면경(5)의 반사면에 입사후 주사렌즈계로 편향되고, 부주사 방향의 광속은 회전다면경의 반사면상에 결상된후 주사렌즈계(6)로 편향된다.

이때, 회전다면경(5)의 각 반사면이 회전축에 대해 경사진 각도오차(WOBBLE)가 있다면 피주사면상에서 광속이 결상될 때 부주사 방향으로 스포트 사이즈가 커지게 된다. 그래서 特開平 4-110817에서는 WOBBLE에 의한 영향을 최소화 하기위해서 주사렌즈계에 주주사와 부주사 방향으로 서로 다른 곡률반경을 갖는 토릭(TORIC)면을 사용하여 회전다면경의 반사면과 피주사면(7)을 광학적인 공액관계 (CONJUGATE POINT)를 이루도록 하는것을 제안하고 있다.

또한 USP 4,639,072호 에서는 피주사면(7) 근방에 실린더 렌즈를 배치하여 WOBBLE에 의한 성능상의 약영향을 막고자 하였다. 주사렌즈계는 회전다면경에 의해서 편향된 광속을 피주사면상에 부주사 방향으로 장축을 가지는 타원형 SPOT을 결상시키는 동시에, 전체주사범위에 대해서 특성을 만족시킨다.

그러나, 회전다면경이 회전할 때 편향면의 위치가 바뀌면서 앞서 언급한 광학적인 공액관계가 유지되지 않아 부주사 방향의 결상점이 피주사면상에서 좌우 비대칭적으로 나타나는 현상이 발생하여 USP 5,488,502호에서는 피주사면 근방에 있는 주사렌즈에 부주사 방향의 곡룰반경이 좌우 비대칭으로 형성된 변형 실린더 렌즈(DEFORMED CYLINDRICAL LENS)를 사용하여 부주사방향의 결상점의 시프트(SHIFT)를 최소화 하는 제안을 하였다.

그러나, 일반적으로 높은 광학성능, 화각의 광각화 및 양호한 특성을 유지하기 위해서는 초점거리(f)와 편향점에서 상면까지의 거리(L)의 비가 L/f>1.33정도 되어 유니트의 소형화가 어렵고, 피주사면에서 중심부분 보다 양끝단으로 갈수록 수차보정이 어려워 스포트 사이즈가 크게 형성되는 문제가 발생하여 환경변화, 렌즈 제작사시의 제작오차 및 유니트의 배치오차 등에 의해 피주사면 양끝단에서의 성능저하가 발생하게 되는 것이었다.

특히, 特開平4-110817 및 특개평7-318796등 기존에 발명된 주사렌즈계들은 특성, 스포트 사이즈 등의 양호한 성능을 가지지만 편향면에서 피주사면 까지의 거리가 길며, USP 5,448,502호 에서는 종래의 광학계에 비해 편향점에서 피주사면까지의 거리가 짧으나 특성 및 상면만곡을 양호하게 하기 위해 렌즈간의 거리를 크게하므로서 유니트의 소형화에 어려움이 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 2매의 플라스틱 렌즈로 구성된 주사광학계로서 종래의 주사광학계에 비해 편향면에서 피주사면까지의 거리가 짧고, 면의 형태도 비교적 금형가공이 용이하도록 구성하였고 특히, 실제 렌즈 제작시 발생하는 형성오차로 인한 SPOT SIZE의 변화를 최소화 하고자 피주사면의 중심으로부터 양끝단으로 갈수록 SPOT SIZE를 작게 하도록 한 것이 특징이다.

본 발명에서 사용한 2배의 플라스틱 렌즈중 피주사면쪽에 위치한 두 번째 렌즈는 중심두께를 얇게하고 굴절능을 최소화 하여 환경변동에 따른 영향을 최소화 하고자 하였다.

본 발명에서 제시하는 주사 광학계는 양호한 광학 성능을 가지는 동시에 화각이 크고 편향점으로부터 피주면까지의 거리가 종래의 주사광학계에 비해 짧아 콤팩트화한 유니트를 구성할수 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에서는 피주사면의 중심으로부터 양끝단으로 가며 점차적으로 스포트 사이즈가 작게 형성되도록 하여 렌즈제작시 발생하는 형상오차로 인한 스포트 사이즈의 변화량을 최소화 하고자 하였다. 실제 피주사면 양끝단에서의 스포트 사이즈가 중심부분에서의 스포트 사이즈에 비해 약 94%의 차이를 보였다.

도 1은 종래 광주사장치의 구성도

도 2는 본 발명 광주사장치의 구성도

도 3은 본 발명 제1실시예의 주주사 방향의 구성도

도 4는 본 발명 제1실시예의 상면만곡도

도 5는 본 발명 제1실시예의 f.θ특성도

도 6은 본 발명 제2실시예 주주사 방향의 구성도

도 7은 본 발명 제2실시예의 상면만곡도

도 8은 본 발명 제2실시예의 f.θ특성도

도 9는 본 발명 제2실시예의 주주사 방향의 구성도

도10은 본 발명 제3실시예의 상면만곡도

도11은 본 발명 제3실시예의 f.θ특성도

도12는 본 발명 각실시예의 피주사면상에서의 스포트 사이즈

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>

1:레이저 다이오드 2:콜리메이터 렌즈 3:슬릿

4:실린더 렌즈 5:회전다면경 6:주사렌즈계

7:피주사면

계속해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 2매의 플라스틱 렌즈로 구성된 주사 광학계에서 환경변화, 렌즈 제작사의 오차 및 유니트의 배치오차 등에 의한 성능저하를 최소화하면서 편향점에서 피주사면까지의 거리를 기존 광학계에 비해 보다 짧게하여 유니트의 소형화를 꾀하는 데 있다.

도2에 있어서, 레이저 다이오드(1)등으로 구성된 광원부에서 나온 광속은 콜리메이타 렌즈(2)에 의해 거의 평행한 광속이 되고 주주사 방향으로 장축을 가지는 타원형의 슬릿(3)을 통과하고 부주사 방향으로 굴절능을 가지는 실린더 렌즈(4)를 통과한다. 실린더 렌즈(4)를 통과한 광속은 주주사 방향으로는 평행하고 부주사 방향으로는 선형 이미지가 되어 회전다면경(5)에 입사한다.

상기 회전다면경(5)의 반사면에 의해 반사된 광속은 주사렌즈계(6)로 편향, 입사되고, 피주사면(7)상에 등속도 직선운동을 하며 부주사 방향으로 장축의 타원형의 스포트를 맺게된다.

이때, 주사렌즈계는 주주사 방향으로 正(+)의 굴절력을 가지는 #1 렌즈(61) 와 負(-)의 굴절력을 가지는 #2 렌즈(62)로 구성되며, 부주사 방향으로는 모두 正(+)의 굴절력을 가지는 렌즈면으로 구성되어 있다.

앞서 기술한 회전다면경(5)의 편향점과 피주사면(7) 사이에는 광학적으로 공액관계(CONJUGATE POINT)가 설정되어 있어 회전다면경(5)의 반사면이 회전축에 대해 부주사 방향으로 각도오차(WOBBLE)를 갖고 있어도 광속은 피주사면의 동일선상에 초점을 맺게된다.

이때 부주사 방향으로는 2에서 4의 확대배율을 가지며 이를 위해 본발명에서도 피주사면(7)에 인접한 주사렌즈에 부주사 방향으로 굴절력을 가지도록 하였다.

본 실시예에 있어서 주사렌즈계(6)는 회전다면경(5)의 인접면에 주주사와 부주사의 곡률반경이 같고 凹 의 형상을 가지는 코닉(CONIC)면(식 1)을 배치하여 면의 틀어짐(TILT)에 의한 결상특성의 악화를 방지하는 동시에 주사렌즈계를 통과하는 광 속의 투과울편차를 최소화 하였고, 그 다음면에 주주사와 부주사 방향으로 서로 다른 곡률반경을 가지며 주주사 방향으로 비구면의 형상을 가지는 회전비대칭 비구면식(식 2)을 사용하여 상면만곡을 양호하게 보정하도록 하였다.

그리고 제 1 주사렌즈의 굴절능이 전체 굴절능과 거의 같은 값을 갖도록 굴절능을 배분하여 피주사면에 인접한 제 2 주사렌즈가 주사시 현상기에서 발생하는 온도 등의 환경변화에 굴절능의 변화를 최소로 할 수 있도록 하였다.

그래서 제1 주사렌즈와 제2 주사렌즈의 형상 및 굴절능들이 다음의 조건식 들을 만족하도록 설정 피주사면상에서 양호한 광학성능을 유지하도록 하였다.

1) 제 1 주사렌즈 및 제 2 주사렌즈의 주주사 방향의 초점거리를 각각 f₁, f₂고 할 때,

0.14 〈 lf₁ /f₂ l 〈 0.6 (1)

의 조건을 만족하고 있는 주사렌즈계로서, 조건식(1)을 만족하면 피주사면상에서 주주사방향의 상면만곡의 보정이 유리하다.

2) 제 1 주사렌즈 및 제 2 주사렌즈의 주주사 방향의 초점거리를 각각 f₁',f₂' 라고 할 때,

0.6 〈 lf₁' /f₂' l 〈 1.3 (2)

의 조건을 만족하고 있는 주사렌즈계로서, 조건식(2)를 만족하면 피주사면상에서 부주사방향의 상면만곡의 보정이 유리하다.

3) 제 1 주사렌즈의 중심두께를 제 1 주사렌즈와 제 2 주사렌즈 사이의 거리를 d₂, d₃라고 할 때,

0.2 〈 d₂ / d₃ 〈 0.5 (3)

의 조건을 만족하는 주사렌즈계로서, 조건식 (3)을 만족하면 주사렌즈의 크기를 제한하는 동시에, 광화각의 주사범위에서 양호한 f . θ 특성을 얻을 수 있다.

4) 주사렌즈계의 주주사 방향의 초점거리를 f, 회전다면경의 편향점에서 피주사면까지의 거리를 L 이라고 할 때,

0.75 〈 f /L 〈 0.85 (4)

를 만족하는 주사렌즈계로서, 조건식(4)를 만족하면 주사계 전체의 크기를 제한할 수 있어 유니트의 소형화를 꾀할 수 있다.

상기의 조건들을 근거로 주사렌즈계를 구성하면 종래의 주사렌즈계에 비해 금형성형이 용이한 면의 형상을 가질수 있고, 비교적 렌즈의 두께를 줄일수 있으며, 전체 주사렌즈계를 축소하는 것이 가능하다.

하기에 기술하는 각 실시예에서는 피주사면상에서 SPOT SIZE가 작고, 기타 수차량이 적어 양호한 광학성능을 가지는 주사렌즈계를 구성하고 있다.

단, 여기서 X축은 부주사 방향, Y축은 주주사 방향, Z축은 광축 방향을 나타내고, R은 광축근방의 주주사 방향 곡률반경, k는 주주사 방향의 원추곡면계수, A는 4차항의 비구면 계수, B는 6차향의 비구면 계수, C는 8차항의 비구면 계수, D는 10차항의 비구면계수를 나타낸다.

h²ΙR

h = --------------------- (h²= X²+Y²) (식1)

1 √1 - (1+k) (h/R)²

Y²ΙR

Z = --------------------- +AY⁴+BY +CY+DY (식2)

1+ √1 - (1+k) (Y/R)²

표1. 제1실시예의 설계 데이터

제1실시예	f.θ렌즈 형상
사용파장	786.5mm	면	R(mm)	r(mm)	d(mm)	n
회전다면경 입사각(α)	90.0°DEG.	1	∞	-	26.10	-
회전다면경 최대출사각(θ)	±47.0 DEG.	2	-128.63	-	8.57	1.52382
f.θ렌즈 초점거리(f)	136.0mm	3	-40.46	-27.65	28.87	-
편향점 - 피주사면(L)	167.0.mm	4	536.87	-36.31	4.1	1.52382
회전다면경	4면(φ12.0)	5	149.82	-16.35	99.36	-
비구면 계수(ASPHERICAL COEFFICIENT)S2 : K = 10.992277S3 : A = 2.75463E-06 , B = -2.08223E-09, C = 1.85710E-12, D = -1.30104E-15,S5 : K = -45.449761, A = -4.14792E-07, B = 8.12686E-11, C = -7.53055E-15lf₁/f₂l = 0.27, lf₁'/f₂'l = 1.23, d₂/d₃ = 0.3, f/L = 0.81

표1. 제2실시예의 설계 데이타

제2실시예	f.θ렌즈 형상
사용파장	786.5mm	면	R(mm)	r(mm)	d(mm)	n
회전다면경 입사각(α)	90.0°DEG.	1	∞	-	26.10	-
회전다면경 최대출사각(θ)	±47.0 DEG.	2	-114.10	-	8.84	1.52382
f.θ렌즈 초점거리(f)	136.0mm	3	-40.60	-26.74	31.87	-
편향점 - 피주사면(L)	169.50mm	4	448.31	-37.59	3.96	1.52382
회전다면경	4면(φ12.0)	5	174.36	-16.76	98.73	-
비구면 계수(ASPHERICAL COEFFICIENT)S2 : K = 8.405991S3 : A = 2.20234E-06 , B = -1.96718E-09, C = 1.65997E-12, D = -1.27578E-15,S4 : K = -54.858720, A = -3.38080E-07, B = 6.61460E-11, C = -6.21197E-15lf₁/f₂l = 0.21, lf₁'/f₂'l = 1.19, d₂/d₃ = 0.28, f/L = 0.80

표1. 제3실시예의 설계 데이타

제3실시예	f.θ렌즈 형상
사용파장	786.5mm	면	R(mm)	r(mm)	d(mm)	n
회전다면경 입사각(α)	90.0°DEG.	1	∞	-	26.70	-
회전다면경 최대출사각(θ)	±47.0 DEG.	2	-116.57	-	8.96	1.52382
f.θ렌즈 초점거리(f)	136.0mm	3	-42.26	-27.94	29.90	-
편향점 - 피주사면(L)	172.40mm	4	394.73	-31.0	4.0	1.52382
회전다면경	4면(φ12.0)	5	207.15	-15.56	102.84	-
비구면 계수(ASPHERICAL COEFFICIENT)S2 : K = 8.571842S3 : A = 1.99311E-06 , B = -2.02653E-09, C = 1.65481E-12, D = -1.19978E-15,S4 : K = -82.721914, A = -3.18426E-07, B = 6.65826E-11, C = -6.49836E-15lf₁/f₂l = 0.15, lf₁'/f₂'l = 1.24, d₂/d₃ = 0.30, f/L = 0.79

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 레이저 빔 프린터 및 복합기(MULTI FUNCTION PRINTER) 등에 적용되는 2매의 플라스틱 렌즈로 구성된 주사 광학계에서 환경변화, 렌즈 제작시의 오차 및 UNIT의 배치오차 등에 의한 성능저하를 최소화하면서 편향점에서 피주사면까지의 거리를 기존 광학계에 비해 보다 짧게하여 유니트의 소형화를 꾀할 수 있는 효과를 가지게 된다.

또한, 가급적 렌즈면을 단순하게 구성하여 금형성형에 따른 어려움을 완화 시킬수 있고, 온도 및 습도 등의 환경변화에 따른 굴절 등의 변화를 줄일수 있는 효과도 있다.

Claims

광원으로부터 출사되는 광속을 결상광학계를 통하여 회전다면경에 의해 편향시킨후 주사렌즈계를 통하여 피주면 상에 결상시켜 주는 주사광학계에 있어서,

주주사 방향으로 정(正: +)의 굴절능을 가지는 제 1 주사렌즈와 부(負: -)의 굴절능을 가진 제2 주사렌즈로 구성되며,

부주사 방향으로 모두 정(正: +)의 굴절능을 가지는 렌즈면으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광주사 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 주사광학계는 정(正: +)의 굴절능을 가지는 제 1 주사 렌즈에서 회전다면경의 인접한 면은 요(凹)면 형상의 코닉(CONIC)면을 사용하는 광주사 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 주사광학계에서 제1 주사렌즈 및 제2 주사렌즈의 주주사 방향의 초점거리를 각각 f₁, f₂라고 할 때,

0.14 〈 |f₁/f₂| 〈 0.6

의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광주사 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 주사광학계에서 제1 주사렌즈 및 제2 주사렌즈의 부주사 방향의 초점거리를 각각 f₁',f₂' 라고 할 때,

0.6 〈 |f₁'/ f₂' | 〈 1.3

의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광주사 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 주사광학계에서 제1 주사렌즈의 중심두께를 제1 주사렌즈와 제2주사렌즈 사이의 거리를 d₂, d₃ 라고 할 때,

0.2 〈 d₂/d₃〈 0.5

의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광주사 장치.
제 1 항에 있어서, 주사렌즈계의 주주사 방향의 초점거리를 f, 회전다면경의 편향점에서 피주사면까지의 거리를 L 이라고 할 때,

0.75 〈 f/L 〈 0.85

의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광주사 장치.