KR100393874B1 - 광-주사장치 및 이를 이용한 화상판독장치 및 화상형성장치 - Google Patents

광-주사장치 및 이를 이용한 화상판독장치 및 화상형성장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 광편향기(光偏向器)를 최적량만큼 시프트시키고, 가공이 용이한 1장으로 구성된 보정렌즈를 사용함으로써, fθ특성 및 상면만곡(curvature of image 또는 curvature of field)을 양호하게 보정한 고성능 광-주사장치를 제공하는 것을 과제로 한다. 본 발명은 반도체 레이저(1)와, 광편향기와, 제1결상광학계인 실린더리컬 렌즈(3)와, 1장의 보정렌즈로 구성되어 만곡축 토릭면(toric surface)을 가지는 제2결상광학계인 보정렌즈(6)를 구비한다. 폴리곤 미러(4)의 주사중심에서의 편향면에서의 반사각을 α, 폴리곤 미러(4)의 내접원 반경을 rp 라고 하면, 0.15 < {ΔX·COS(α/2)}/rp < 0.35의 관계를 만족한다. 이것에 의해, 편향면에 비스듬히 입사하기 때문에 생기는 주-주사방향 상면만곡, 및 fθ특성의 비대칭성을 광편향기의 시프트만으로 보정할 수 있다.

Description

광-주사장치 및 이를 이용한 화상판독장치 및 화상형성장치{Photo Scanner and Image Reading Apparatus and Image Forming Apparatus using the Photo Scanner}
본 발명은 레이저 빔 프린터, 레지저 팩시밀리, 또는 디지털 복사기 등에 사용되는 광-주사장치에 관한 것이다.
종래의 레이저 빔 프린터 등에서 사용되고 있는 많은 광-주사장치는, 광원으로서, 반도체 레이저와 광편향기로서 폴리곤 미러(polygon mirror)를 가지며, 폴리곤 미러 면의 기울어짐을 보정하기 위해서 반도체 레이저로부터 광속도로 균일한 스포트를 결상(結像)하는 제2결상광학계(結像光學系)를 설치하고 있다.
최근, 저가, 소형화를 실현하기 위해, 제2결상광학계를 1장의 보정렌즈로 형성한 것이, 일본 특허공개공보 평4-50908호 공보, 소62-139520호 공보, 평9-281422호 공보, 평9-179017호 공보, 평8-248308호 공보, 평10-148755호 공보 등에서 제안되고 있다.
그렇지만, 일본 특허공개공보 평4-50908호 공보, 소62-139520호 공보에서 제안되고 있는 것에서는, 실제로는 생기는 편향면의 출입을 고려하고 있지 않다. 일본 특허공개공보 평9-179017호 공보에서 제안되고 있는 것에서는, 편향면에 비스듬히 경사져서 입사하기 때문에 생기는 비대칭인 수차가 보정되지 않는다. 일본 특허공개공보 평9-281422호 공보에 제안되고 있는 것은, 편향면에 비스듬히 입사하기 때문에 생기는 비대칭인 수차의 보정을 렌즈 형상만으로 행하고 있고, 형상이 복잡하여 가공이 곤란하다.
일본 특허공개공보 평8-248308호 공보에서 제안되고 있는 것은, 광편향기의 배치 보정렌즈의 시프트에 의해서 주(主)-주사방향 상면만곡(像面彎曲: curvature of image 또는 curvature of field)의 비대칭성분을 보정하고 있지만, 보정부족이며, 또한, 부(副)-주사방향의 상면만곡 보정 때문에 양면 모두 가공이 곤란한 복잡한 곡면으로 되고 있다.
일본 특허공개공보 평10-148755호 공보에서 제안되고 있는 것에서도, 광편향기의 배치에 따라서, 주-주사방향 상면만곡의 비대칭성분 보정효과가 얻어지고 있지만 보정부족이며, 또한 부-주사방향 단면형상이 양(兩)-볼록면이므로, 상면(像面) 쪽의 부-주사방향 개구수(開口數)의 변화가 크고, 부-주사방향의 빔 굵기 변화가 크다라고 하는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은, 전술한 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 비교적 가공이 용이한 1장으로 구성된 보정렌즈를 사용하는 것에 의해, fθ특성 및 상면만곡을 양호하게 보정한 고성능 광-주사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 관한 광-주사장치를 도시한 구성도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 관한 것으로서, (a)는 광-주사장치의 fθ오차를 나타낸 도면, (b)는 광-주사장치의 상면만곡(像面彎曲)량을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 관한 것으로서, (a)는 광-주사장치의 fθ오차를 나타낸 도면, (b)는 광-주사장치의 상면만곡량을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 제3실시예에 관한 것으로서, (a)는 광-주사장치의 fθ오차를 나타낸 도면, (b)는 광-주사장치의 상면만곡량을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 제4실시예에 관한 것으로서, (a)는 광-주사장치의 fθ오차를 나타낸 도면, (b)는 광-주사장치의 상면만곡량을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 제5실시예에 관한 것으로서, (a)는 광-주사장치의 fθ오차를 나타낸 도면, (b)는 광-주사장치의 상면만곡량을 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 제6실시예에 관한 것으로서, (a)는 광-주사장치의 fθ오차를 나타낸 도면, (b)는 광-주사장치의 상면만곡량을 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 제7실시예에 관한 것으로서, (a)는 광-주사장치의 fθ오차를 나타낸 도면, (b)는 광-주사장치의 상면만곡량을 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 제1비교예에 관한 것으로서, (a)는 광-주사장치의 fθ오차를 나타낸 도면, (b)는 광-주사장치의 상면만곡량을 나타낸 도면,
도 10은 본 발명의 제2비교예에 관한 것으로서, (a)는 광-주사장치의 fθ오차를 나타낸 도면, (b)는 광-주사장치의 상면만곡량을 나타낸 도면,
도 11은 본 발명의 실시형태 2에 관한 광-주사장치를 나타낸 도면,
도 12는 본 발명의 제8실시예에 관한 것으로서, (a)는 광-주사장치의 fθ오차를 나타낸 도면, (b)는 광-주사장치의 상면만곡량을 나타낸 도면,
도 13은 본 발명의 제9실시예에 관한 것으로서, (a)는 광-주사장치의 fθ오차를 나타낸 도면, (b)는 광-주사장치의 상면만곡량을 나타낸 도면,
도 14는 본 발명의 광-주사장치를 사용한 화상판독장치의 일 실시형태를 개략적으로 도시한 구성도, 그리고
도 15는 본 발명의 광-주사장치를 사용한 화상형성장치의 일 실시형태를 개략적으로 도시한 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1, 8: 반도체 레이저 2: 대칭 렌즈
3, 10: 실린더리컬 렌즈 4, 11: 폴리곤 미러(polygon mirror)
5, 12: 회전중심축 6, 13: 보정렌즈
7, 14: 주사면 8: 축대칭렌즈
15: 판독면 16: 하프 미러(half mirror)
17: 검출기 18: 검출광학계
19: 감광 드럼 20: 1차 대전기(帶電器)
21: 광-주사장치 22: 현상기
23: 전사대전기(電寫帶電器) 24: 클리너
25: 정착장치 26: 급지 카세트
전술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 첫 번째 광-주사장치는, 광원부, 상기 광원부로부터의 광속(光束)을 주사하는 광편향기, 상기 광원부와, 상기 광편향기의 사이에 배치되고, 상기 광편향기의 편향면 위에 선상(線像)을 형성하는 제1결상광학계, 상기 광편향기와 피주사면의 사이에 배치된 1장의 보정렌즈로 형성된 제2결상광학계를 구비하며, 상기 제1결상광학계는 상기 광편향기의 상기 편향면에 법선을 포함하는 주-주사방향에 평행한 면 내에 배치되며, 상기 제1결상광학계로부터의 광속은 상기 편향면에 주-주사방향에 대해서 비스듬히 입사하도록 구성되며, 상기 보정렌즈의 적어도 1면은 부-주사방향단면의 곡률중심을 이은 선이 만곡한 곡선의 만곡축 토릭면(toric surface)인 광-주사 장치에 있어서, 상기 광편향기는, 주사중심에서 반사점이 상기 편향면의 중심으로부터 벗어나고, 또한 상기 광원으로부터 벗어난 방향으로 시프트하도록 배치되며, 상기 주사중심에서 반사점과 상기 편향면의 중심과의 거리를 시프트량 ΔX, 주사중심에서 상기 편향면으로의 반사각을 α, 상기 광편향기의 내접원 반경을 rp라고 할 때, 아래의 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 광-주사장치에 의하면, 편향면에 비스듬히 입사하기 때문에 생기는 주-주사방향 상면만곡 및 fθ특성의 비대칭성을 광편향기의 배치 시프트만으로 보정하는 것이 가능하다.
상기 첫 번째, 광-주사장치에서는, 상기 보정렌즈는 사출면이 상기 만곡축 토릭면에서, 광축을 포함하는 주-주사방향 단면형상이 광축에 관해서 대칭으로서, 상기 부-주사방향단면의 곡률중심을 이은 곡선이 광축에 관해서 비대칭인 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 광-주사장치에 의하면, 보정렌즈의 가공이 용이하게 된다.
또한, 상기 보정렌즈의 입사면은, 주-주사방향 단면형상이 4차 이상의 고차 전개항을 가지고 주-주사방향으로만 굴절력을 가지는 비구면(非球面) 실린더리컬 면인 것이 바람직하다. 전술한 바와 같은 광-주사장치에 의하면, 보정렌즈의 가공이 용이하게 된다.
다음으로, 본 발명의 두 번째 광-주사장치는, 광원부, 상기 광원부로부터의 광속을 주사하고 적어도 6면의 편향면을 가지는 광편향기와, 상기 광원부와 상기 광편향부와의 사이에 배치되며, 상기 광편향기와 편향면 위에 선상을 형성하는 제1결상광학계와, 상기 광편향기와 피주사면과의 사이에 배치되며, 1장의 보정렌즈로 형성된 제2결상광학계를 구비하며, 상기 제1결상광학계는 상기 광편향기의 상기 편향면의 법선을 포함하는 주-주사방향에 평행한 면 내에 배치되며, 상기 제1결상광학계로부터의 광속은 상기 편향면에 대해서 주-주사방향으로 비스듬히 입사하는 구성으로 되고, 상기 보정렌즈의 사출면은 부-주사방향 단면의 곡률중심을 이은 선이 만곡한 곡선의 만곡축 토릭면인 광-주사장치에 있어서, 상기 보정렌즈의 입사면은 주-주사방향 단면형상이 4차 이상의 고차 전개항을 가지는 주-주사방향으로만 굴절력을 가지는 비구면 실린더리컬 면이며, 상기 광편향기는 주사중심에서의 반사점이 상기 편향면의 중심으로부터 벗어나게 되고, 또한 상기 광원으로부터 벗어난 방향으로 상기 편향면의 엣지 근방에서 광속이 부족하지 않은 범위에서 시프트 하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 광-주사장치에 의하면, 보정 렌즈의 입사면을 비구면 실린더리컬 면으로 하였으므로, 가공이 용이하게 되며, 또한 부-주사방향 빔 굵기의 변화를 작게 억제하는 것이 가능하다.
상기 두 번째, 광-주사장치에서는 상기 주사중심에서 반사점과 상기 편향면의 중심과의 거리를 시프트량ΔX, 주사중심에서 상기 편향면에서의 반사각을 α, 상기 광편향기의 내접원 반경을 rp라고 할 때, 아래의 수학식 2를 만족하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 광-주사장치에 의하면, 편향면에 비스듬히 입사하기 때문에 생기는 주-주사방향 상면만곡 및 fθ특성의 비대칭성을 광편향기의 배치 시프트만으로 보정하는 것이 가능하다.
또한 상기 보정렌즈의 사출면은, 광축을 포함하는 주-주사방향 단면형상이 광축에 관해서 비대칭으로서, 상기 부-주사방향단면의 곡률중심을 이은 곡선이 광축에 관해서 비대칭의 만곡축 토릭면인 것이 바람직하다. 전술한 바와 같은 광-주사장치에 의하면, 고해상도를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 화상판독장치는, 상기 각 광-주사장치를 사용한 것을 특징으로 한다. 전술한 바와 같은 화상판독장치에 의하면, 상기 각 광-주사장치를 사용하므로, 소형이고 제조비용이 저렴하면서도 고해상도로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 화상형성장치는, 상기 각 광-주사장치를 사용한 것을 특징으로 한다. 전술한 바와 같은 화상형성장치에 의하면, 상기 각 광-주사장치를 사용하므로, 소형이고, 제조비용이 저렴하면서도 고해상도로 할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예의 광-주사장치에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
(실시형태 1)
도 1은 실시형태 1에 관한 광-주사장치의 구성도를 도시한 것이다. 도 1에 도시한 광-주사장치는 광원부인 반도체 레이저(1)와, 축대칭렌즈(2)와, 반도체 레이저(1)로부터의 광속(光束)을 주사하는 광편향기인 폴리곤 미러(4)와, 반도체 레이저(1)와 폴리곤 미러(4)의 사이에 배치된 부-주사방향으로 굴절력을 가지는 제1결상광학계인 실린더리컬 렌즈(3: cylinderical lens)와, 1장의 보정렌즈로 구성된 제2결상광학계인 보정렌즈(6)를 구비하고 있다. 그리고 도면부호 "5"는 폴리곤 미러의 회전중심축, "7"은 주사면이다.
실린더리컬 렌즈(3)는 폴리곤 미러(4)의 편향면 위에 선상(線像)을 형성한다. 또한 실린더리컬 렌즈(3)는 폴리곤 미러(4)의 편향면의 법선을 포함하는 주-주사방향에 평행한 면 내에 배치되고, 이 실린더리컬 렌즈(3)로부터의 광속(光束)은 편향면에 주-주사방향에 대해서 비스듬히 경사져 입사한다. 보정렌즈(6)의 적어도 1면은 부-주사방향단면의 곡률 중심을 이은 선이 만곡한 곡선인 만곡축 토릭(toric)면이다.
폴리곤 미러(4)는 주사중심에서 반사점이 편향면의 중심으로부터 벗어나고, 또한 반도체 레이저(1)로부터 벗어나게 되는 방향으로 시프트하도록 배치되며, 주사 중심에서 반사점과 편향면의 중심과의 거리를 시프트량 ΔX(mm), 주사중심에서 편향면에서의 반사각을 α(deg), 폴리곤 미러(4)의 내접원 반경을 rp(mm)라고 할 때, 아래의 수학식 3을 만족하는 것이 바람직하다.
이상과 같이 구성된 광-주사장치에 대해서, 이하 그 작동을 설명한다. 반도체 레이저(1)로부터의 광속은 축대칭렌즈(2)에 의해서 평행광, 집속광, 또는 발산광으로 되며, 실린더리컬 렌즈(3)에 입사하고, 부-주사방향에 대해서는 폴리곤 미러(4)의 반사면 근방에 집속한다. 폴리곤 미러(4)는 회전중심축(5)을 중심으로 하여 회전하여, 입사한 레이저 광속을 편향시키고, 광속은 보정렌즈(6)에 의해 주사면(7) 위에 집속하고 주사된다.
보정렌즈(6)는 편향점과 주사면(7)을 부-주사방향에서 기하광학적으로켤레(conjugate)가 되도록 배치되며, 폴리곤 미러(4)의 면 기울어짐을 보정하는 것과 함께, 상면만곡 및 fθ특성을 보정하고 있다. 그리고, 폴리곤 미러(4)를 ΔX 시프트하고, 편향반사면에 비스듬히 입사하는 것에 의해 생기는 주-주사방향 상면만곡과 fθ특성의 비대칭성을 보정하고 있다. 즉, 편향면에 비스듬히 입사하기 때문에 생기는 주-주사방향 상면만곡 및 fθ특성의 비대칭성을 광편광기의 배치 시프트의 효과만으로 보정하는 것이 가능하다.
이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 폴리곤 미러를 최적량 시프트시킴으로써, 비교적 가공이 용이한 형상의 보정렌즈 1장 구성으로 상면만곡, fθ특성을 양호하게 보정할 수 있으며, 고해상도의 광-주사장치를 낮은 제조비용으로서 실현할 수 있다.
또한, 상기 수학식 3의 {ΔX·COS(α/2)}/rp의 값은, 0.20보다 크고 0.30보다 작은 범위가 보다 바람직하고, 0.24보다 크고 0.26보다 작은 범위가 더욱 바람직하다.
이하, 실시예에 대해서 설명한다. 각 실시예에서 보정 렌즈(6)의 입사면 형상은, 주-주사방향으로만 굴절력이 있는 비구면(非球面) 실린더리컬 면이다. 면의 정점을 원점으로 하고, 주-주사방향 좌표 y(mm)의 위치에서 정점으로부터의 처짐(sag)량 z(mm)를 입상광속이 향하는 방향을 정(+)방향으로 하면 처짐량(z)은 아래의 수학식 4로 표시된다.
여기서, RDy1(mm)는 주-주사방향 곡률반경, K1은 주-주사방향에 기여하는 원추정수, AD1, AE1, AF1, AG1은 주-주사방향에 기여하는 고차정수이다.
보정 렌즈(6)의 사출면 형상은, 부-주사방향 단면의 곡률 중심을 이은 선이 만곡한 곡선인 만곡축 토릭면이며, 면의 정점을 원점으로 하고, 부-주사방향 좌표 x(mm), 주-주사방향 좌표가 y(mm)의 위치에서 정점으로부터의 처짐량(z)(mm)을 입사광속이 향하는 방향을 정(+)이라고 하면 처짐량(z)은 아래의 수학식 5로 표시된다.
P(y)는 아래의 수학식 6으로 표시된다.
RDx2는 아래의 수학식 7으로 표시된다.
여기서, P(y)는 광축을 포함하는 주-주사방향 단면형상인 비원호(非圓弧)를 나타내는 식이며, RDy2(mm)은 주-주사방향 곡률반경, K2는 주-주사방향에 기여하는 원추정수(圓錐定數), AD2, AE2, AF2, AG2는 주-주사방향에 기여하는 고차정수이다.
또한, RDx2는 각 y좌표에서, 부-주사방향 곡률반경을 표시하는 함수이며, RD(s)(mm)는 중심의 부-주사방향 곡률반경, BC, BD, BE, BF 및 BG는 짝수차 정수에서, BOC, BOD, BOE, BOF 및 BOG는 홀수차 정수이다. 홀수차항을 도입하고 있으므로, 부-주사방향 단면의 곡률중심을 이은 곡선이 광축에 관하여 비대칭이며, 비대칭에 생기는 부-주사방향 상면만곡을 고도로 보정하는 것이 가능하다.
또한 fm은 아래의 수학식 8로 정의되고, 상면(像面) 위의 주사속도에 비례하는 값으로서, 제1결상광학계로부터의 광속이 주-주사방향에 관해서 평행광의 경우는 제2결상광학계의 주-주사방향의 초점거리에 상당하는 값이다. 도 1에 도시한 바와 같이, Y0(㎜)는 유효주사폭으로서, θ0(deg)는 유효주사폭 Y0에 대응한 편향각이다.
다음으로, 각 실시예의 구체적인 수치를 아래의 표 1 내지 표 7에 도시한다. L은 편향반사면과 주사면(7)의 거리를, d는 보정렌즈(6)의 사출면 정점과 주사면(7)의 거리를 나타내고 있다(도 1). TH는 보정렌즈의 중심 두께를 나타내며, 초재굴절률(硝材屈折率)은 1.51933이고, 설계파장은 788㎚이다. Y0, rp, ΔX, L, d, TH, RDy1, RDy2, 및 RDs의 단위는 ㎜로서, α 및 θ0의 단위는 (deg)이다.
(표 1) 실시예 1
(표 2) 실시예 2
(표 3) 실시예 3
(표 4) 실시예 4
(표 5) 실시예 5
(표 6) 실시예 6
(표 7) 실시예 7
이상의 실시예에서 광-주사장치의 잔존 fθ오차, 상면만곡량을 도 2 내지 도6에 도시하고 있다. 도 2(a), 도 2(b)는 각각, 실시예 1에서의 fθ오차, 상면만곡량을 나타내며, 도 3(a), 도 3(b)는 각각 실시예 2에서의 fθ오차, 상면만곡량을 나타내며, 도 4(a), 도 4(b)는 각각 실시예 3에서의 fθ오차, 상면만곡량을 나타내며, 도 5(a), 도 5(b)는 각각 실시예 4에서의 fθ오차, 상면만곡량을 나타내며, 도 6(a), 도 6(b)는 각각 실시예 5에서의 fθ오차, 상면만곡량을 나타내고 있다.
또한, 도 7(a), 도 7(b)는 각각 실시예 6에서의 fθ오차, 상면만곡량을 표시하며, 도 8(a), 도 8(b)는 각각 실시예 7에서의 fθ오차, 상면만곡량을 나타내고 있다. 각 도면에서, 실선은 주-주사방향을 점선은 부-주사방향을 나타내고 있다. 도 2 내지 도 8로부터 상면만곡, fθ특성이 양호하게 보정되고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 폴리곤 미러(4)의 시프트량 ΔX가 조건식을 넘는 경우의 비교예 1, 2를 이하의 표 8 및 표 9에 나타내었다.
(표 8) 비교예 1
(표 9) 비교예 2
도 9(a), 도 9(b)는 각각 비교예 1에서의 fθ오차, 상면만곡량을 표시하며, 도 10(a), 도 10(b)는 각각 비교예 2에서의 fθ오차, 상면만곡량을 나타내고 있다. 각 도면에서, 실선은 주-주사방향을 점선은 부-주사방향을 나타내고 있다. 도 9 및 도 10으로부터 비교예 1, 2에서는 주-주사방향 상면만곡이 최대 3㎜로 되며, 고해상도를 만족하지 않는 것을 알 수 있다.
또한, 본 실시의 형태에서는 보정 렌즈형상을 나타내기 때문에, 수학식 6 내지 수학식 9를 사용하였지만, 동일한 형상을 나타내는 것이 가능하다면, 다른 식을 사용하여도 좋다.
(실시형태 2)
도 11은, 실시형태 2에 관련된 광-주사장치의 구성도를 나타낸 것이다. 본 도에 도시한 광-주사장치는 광원부인 반도체 레이저(8)와, 축대칭렌즈(9)와, 반도체 레이저(9)로부터의 광속을 주사하는 광편향기인 6면의 편향면을 가지는 폴리곤 미러(11)와, 반도체 레이저(8)와 폴리곤 미러(11)의 사이에 배치된 부-주사방향으로 굴절력을 가진 제1결상광학계인 실린더리컬 렌즈(10)와, 1장의 보정렌즈로 구성된 제2결상광학계인 보정렌즈(13)를 구비하고 있다. 도면부호 "12"는 폴리곤 미러의 회전중심축이고, "14"는 주사면이다.
보정렌즈(13)의 사출면은, 부-주사방향 단면의 곡률중심을 이은 선이 만곡한 곡선인 만곡축 토릭면이다. 보정렌즈(13)의 입사면은, 주-주사방향 단면형상이 4차 이상의 고차전개항을 가지는 주-주사방향으로만 굴절력을 가지는 비구면 실린더리컬 면이다. 또한, 폴리곤 미러(11)는 주사중심에서 반사점이 상기 편향면의 중심으로부터 벗어나게 되고, 또한 반도체 레이저(8)로부터 벗어나게 되는 방향으로 편향면의 엣지 근방에서 광속이 부족하게 되지 않는 범위로 시프트하도록 배치되어 있다.
이상과 같이 구성된 광-주사장치에 대해서, 이하 그 동작을 설명한다. 반도체 레이저(8)로부터의 광속은 축대칭렌즈(9)에 의해서 평행광, 집속광, 또는 발산광으로 되며, 실린더리컬 렌즈(10)로 입사하고, 부-주사방향에 대해서는 폴리곤 미러(11)의 반사면 근방에 집속한다. 폴리곤 미러(11)는 회전중심축(12)을 중심으로 하여 회전하여, 입사한 레이저 광속을 편향시키며, 이 광속은 보정렌즈(13)에 의해서 주사면(14) 위에 집속하고 주사된다.
보정렌즈(13)는, 편향점과 주사면(14) 위의 주사면이, 부-주사방향에서 기학광학적으로 켤레가 되도록 배치되고, 폴리곤 미러(11)의 면 기울어짐을 보정하는 것과 함께, 상면만곡, 및 fθ특성을 보정하고 있다. 폴리곤 미러(11)는 6면 폴리곤 미러로서, 고속화를 실현하고 있다.
본 실시형태의 경우, 고속화를 달성하기 위해서, 폴리곤 미러의 면수를 6면으로 하였으므로, 각 면의 유효범위가 적게 된다. 이 때문에 제1실시형태와 같이, 폴리곤 미러의 시프트만으로, 편향반사면에 비스듬히 입사하는 것으로 발생하는주-주사방향 상면만곡과 fθ특성의 비대칭성을 보정하도록 하면, 광속을 반사하기 위해 필요한 범위가 편향면의 유효범위를 넘을 수 있다.
이 때문에, 본 실시형태의 시프트량 ΔX는 편향면의 유효범위 내에서, 즉, 편향면의 엣지 근방에서 광속이 부족해지지 않는 범위에서 광속이 반사되도록 결정되고 있다. 또한 잔존하는 비대칭성은 보정렌즈의 사출면을, 후술할 수학식 10, 수학식 11 및 수학식 12에 나타낸 바와 같이, 주-주사방향에 관하여 홀수차항을 도입한 비대칭 형상으로 하여 보정하고 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 폴리곤 미러를 가능한 범위에서 시프트시키고, 보정렌즈형상을 입사면이 비구면 실린더리컬 상면, 사출면이 만곡축 토릭면으로 되었으므로, 가공이 용이하게 되고, 또한 보정렌즈 1장 구성으로 상면만곡 및 fθ특성을 양호하게 보정하는 것이 가능하며, 고해상도의 광-주사장치를 낮은 제조비용으로 실현할 수 있다.
이하, 실시예에 대해서 설명한다. 각 실시예의 보정렌즈(13)의 입사면 형상은, 주-주사방향으로만 굴절력이 있는 비구면 실린더리컬 면이며, 면의 정점을 원점으로 하는 주-주사방향좌표가 y(㎜)의 위치에 있는 정점으로부터의 처짐량을, 입사광속이 향하는 방향을 양(+)으로 하는 z(㎜)로 하면, 아래의 수학식 9로 표시된다.
보정렌즈(13)의 사출면형상은, 부-주사방향 단면의 곡률중심을 이은 선이 만곡한 곡선이 만곡축 토릭면이며, 면의 정점을 원점으로 하는 부-주사방향좌표, 주-주사방향좌표가 x(㎜), y(㎜)의 위치에 있는 정점으로부터의 처짐량을 입사광속이 향하는 방향을 양(+)으로 하는 z(㎜)로서, 아래의 수학식 10으로 표시된다.
P(y)는 아래의 수학식 11로 표시된다.
RDx2는 아래의 수학식 12로 표시된다.
여기서, P(y)는 광축을 포함하는 주-주사방향 단면형상인 비원호(非圓弧)를 나타내는 식이며, RDy2(㎜)는 주-주사방향 곡률반경, K2는 주-주사방향에 기여하는 원추정수(圓錐定數), AD2, AE2, AF2, AG2는 주-주사방향에 기여하는 짝수차 정수, AOD2, AOE2, AOF2, AOG2는 홀수차 정수이다. RDx2는 각 y좌표에서의 부-주사방향 곡률반경을 나타내는 함수이며, RDs(㎜)는 중심의 부-주사방향 곡률반경, BC, BD, BE, BF, BG는 짝수차 정수, BOC, BOD, BOE, BOF, BOG는 홀수차 정수이다. 홀수차 항을 도입하고 있으므로, 부-주사방향 단면의 곡률중심을 이은 곡선이 광축에 관해서 비대칭이며, 비대칭에 생기는 부-주사방향 상면만곡을 고도로 보정하는 것이 가능하다.
다음으로, 각 실시예의 구체적 수치를 아래의 각 표와 같이 표시한다. 표 중, ΔX는 폴리곤 미러(11)의 시프트량, α는 폴리곤 미러 입사각, rp는 내접원 반경, L은 편향반사면과 주사면 (14)의 거리, d는 보정렌즈(13)의 사출면 정점과 주사면(14)의 거리, Y0는 유효주사폭, θ0(deg)는 Y0에 대응한 편향각이다(도 11). TH는 보정렌즈의 중심 두께를 나타내며, 초재굴절률(硝材屈折率)은 1.51933이고, 설계파장은 788㎚이다. Y0, rp, ΔX, L, d, TH, RDy1, RDy2, 및 RDs의 단위는 ㎜로서, α 및 θ0의 단위는 (deg)이다. fm은 상기 수학식 8에서 정의한 값이다.
(표 10) 실시예 8
(표 11) 실시예 9
이상의 실시예에서의 광-주사장치의 잔존 fθ오차, 상면만곡량을 도 12, 13에 도시하고 있다. 도 12(a), 도 12(b)는 각각 실시예 8에서의 fθ오차, 상면만곡량을 나타내며, 도 13(a), 도 13(b)는 각각 실시예 9에서의 fθ오차, 상면만곡량을 나타내고 있다. 또한, 각 도면에서, 실선은 주-주사방향을 점선은 부-주사방향을 나타내고 있다. 도 12, 도 13으로부터, 상면만곡, fθ특성이 양호하게 보정되고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 보정렌즈 형상을 나타내기 위해서, 수학식 9 내지 수학식 12를 사용하였지만, 동일한 형상을 표기하는 것이 가능하면 다른 식을 사용하여도 좋다.
(실시형태 3)
도 14는, 상기 실시형태 1에 관한 광-주사장치를 사용한 화상판독장치를 표시하는 개략도이다. 도 1에 도시한 실시형태 1의 광-주사장치와 동일부재에는 동일번호를 부여하고 설명을 생략한다. 본 실시형태에 관한 화상판독장치는 판독면(15)과, 하프-미러(16)와 검출기(17)와 검출광학계(18)를 구비하고 있다.
하프-미러(16)는 반도체 레이저(1)로부터의 광속을 투과시킴과 함께, 판독면(15)으로부터의 복귀광을 검출광학계(18)로 반사한다. 검출광학계(18)는 검출기(17)로 복귀광을 이끈다. 본 실시형태의 화상판독장치는 상기 실시형태 1 및 2의 광-주사장치를 사용하고 있으므로, 소형이고, 제조비용이 낮으며, 고해상도를 실현하는 것이 가능하다.
또한, 도 1에 도시한 실시형태 1의 광-주사장치를 사용한 예를 나타내었지만, 도 11에 나타낸 실시형태 2의 광-주사장치를 사용하여도 좋다.
(실시형태 4)
도 15는 실시형태 1의 광-주사장치를 사용한 화상형성장치를 나타낸 개략도이다. 이 도면에 도시한 화상형성장치는, 도 1에 도시한 실시형태 1의 광-주사장치(21)를 구비하고 있다. 광-주사장치(21)에 의해서, 문자정보가 감광드럼(19) 위에 써넣어진다. 감광드럼(19)에는 광이 조사되면 전하가 변화하는 감광체가 표면에 덮여 있다. 1차 대전기(20: 帶電器)에 의해서 감광체의 표면에 정전기 이온이 부착하고 대전한다. 현상기(22)에 의해서 문자부에 대전 토너가 부착한다.
부착한 토너는 전사대전기(23:電寫帶電器)에 의해 급지 카세트(26)로부터 공급되는 용지에 전사된다. 전사된 토너는 정착장치(25)에 의해서 용지에 정착된다.잔류한 토너는 클리너(24)에 의해서 제거된다. 본 실시형태의 화면형성장치는 전술한 실시형태 1 또는 2의 광-주사장치를 사용하고 있으므로, 소형으로 제조가능하며, 제조비용을 낮출 수 있고, 또한 고해상도를 실현할 수 있다.
또한, 도 1에 도시한 실시형태 1의 광-주사장치를 사용한 예를 나타내었지만, 도 11에 도시한 실시형태 2의 광-주사장치를 사용하여도 좋다.
이상과 같이, 본 발명의 광-주사장치에 의하면, 폴리곤 미러를 최적량 시프트시키고, 보정렌즈를 비교적 가공이 용이한 형태로 하며, 또한 상면만곡 및 fθ특성을 양호하게 보정하였으므로, 고해상도의 광-주사장치를 낮은 제조비용으로 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 화상판독장치 또는 화상형성장치에 의하면, 본 발명에 관한 광-주사장치를 사용하고 있으므로, 소형으로 제조가능하며, 제조비용을 낮출 수 있고, 또한 고해상도를 실현할 수 있다.

Claims (8)

  1. 광원부, 상기 광원부로부터의 광속을 주사하는 광편향기, 상기 광원부와 상기 광편향기의 사이에 배치되고, 상기 광편향기의 편향면 위에 선상을 형성하는 제1결상광학계와, 상기 광편향기와 피주사면의 사이에 배치된 1장의 보정렌즈로 형성된 제2결상광학계를 구비하며,
    상기 제1결상광학계는 상기 광편향기의 상기 편향면에 법선을 포함하는 주-주사방향에 평행한 면 내에 배치되며, 상기 제1결상광학계로부터의 광속은 상기 편향면에 주-주사방향에 대해서 비스듬히 입사하도록 구성되며, 상기 보정렌즈의 적어도 1면은 부-주사방향단면의 곡률중심을 이은 선이 만곡한 곡선의 만곡축 토릭면(toric)인 광-주사장치에 있어서,
    상기 광편향기는, 주사중심에서 반사점이 상기 편향면의 중심으로부터 벗어나고, 또한 상기 광원으로부터 벗어난 방향으로 시프트하도록 배치되며, 상기 주사중심에서 반사점과 상기 편향면의 중심과의 거리를 시프트량 ΔX, 주사중심에서 상기 편향면으로의 반사각을 α, 상기 광편향기의 내접원 반경을 rp라고 할 때, 아래의 수학식을 만족하는 것을 특징으로 하는 광-주사장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보정렌즈는 사출면이 상기 만곡축 토릭면에서 광축을 포함하는 주-주사방향 단면형상이 광축에 관해서 대칭으로서, 상기 부-주사방향 단면의 곡률중심을 이은 곡선이 광축에 관해서 비대칭인 것을 특징으로 하는 광-주사장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 보정렌즈의 입사면은, 주-주사방향 단면형상이 4차 이상의 고차 전개항을 가지고 주-주사방향으로만 굴절력을 가지는 비구면 실린더리컬 면인 것을 특징으로 하는 광-주사장치.
  4. 광원부, 상기 광원부로부터의 광속을 주사하고 적어도 6면의 편향면을 가지는 광편향기와, 상기 광원부와 상기 광편향부와의 사이에 배치되며,
    상기 광편향기와 편향면 위에 선상을 형성하는 제1결상광학계와, 상기 광편향기와 피주사면과의 사이에 배치되며 1장의 보정렌즈로 형성된 제2결상광학계를 구비하며,
    상기 제1결상광학계는 상기 광편향기의 상기 편향면의 법선을 포함하는 주-주사방향에 평행한 면 내에 배치되며, 상기 제1결상광학계로부터의 광속은 상기 편향면에 대해서 주-주사방향으로 비스듬히 입사하는 구성으로 되고, 상기 보정렌즈의 사출면은 부-주사방향 단면의 곡률중심을 이은 선이 만곡한 곡선의 만곡축 토릭면인 광-주사장치에 있어서,
    상기 보정렌즈의 입사면은 주-주사방향 단면형상이 4차 이상의 고차 전개항을 가지는 주-주사방향으로만 굴절력을 가지는 비구면 실린더리컬 면이며, 상기 광편향기는 주사중심에서의 반사점이 상기 편향면의 중심으로부터 벗어나게 되고, 또한 상기 광원으로부터 벗어난 방향으로 상기 편향면의 엣지 근방에서 광속이 부족하지 않은 범위로 시프트 하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 광-주사장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 주사중심에서 반사점과 상기 편향면의 중심과의 거리를 시프트량ΔX, 주사중심에서 상기 편향면에서의 반사각을 α, 상기 광편향기의 내접원 반경을 rp라고 할 때, 아래의 수학식을 만족하는 것을 특징으로 하는 광-주사장치.
  6. 삭제
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 광-주사장치를 이용하는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 광-주사장치를 이용하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
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