KR100395531B1 - 광주사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 광주사장치는 광 플럭스를 방출하는 광원, 광원으로부터 방출된 광 플럭스를 편향시키기 위한 광 편향기, 광 편향기를 통과한 광 플럭스의 오차를 보정하여 피주사면에 주사하는 주사 렌즈, 및 광원에서 광 편향기로 입사되는 광 플럭스가 주사 렌즈를 통과하지 않고 주사 렌즈의 광축 중심위치에서 광 편향기의 편향면에 수직으로 입사되도록 하는 광 플럭스 가이드부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 광 플럭스 가이드부가 광 플럭스를 광 편향기의 편향면에 수직으로 입사하게 한 후 주사렌즈의 광축중심을 통해 출사되도록 함으로써, 상대적으로 작은 크기를 갖는 광 편향기와 간단한 구조를 갖는 주사 렌즈를 사용하면서도 고속인쇄를 가능하게 하는 효과를 제공한다.

Description

광주사장치{laser scanning apparatus}

본 발명은 프린터, 팩시밀리, 복사기 등에 적용되는 화상형성 장치에 사용 가능한 광주사장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상대적으로 작은 광 편향기와 간단한 구조의 주사 렌즈를 사용하면서도 고속인쇄를 가능하게 하는 광주사장치에 관한 것이다.

일반적으로, 프린터, 팩시밀리, 복사기 등의 화상형성 장치에 사용되는 광주사장치는 감광드럼 또는 감광벨트와 같은 감광체상에 화상의 정전잠상(electrostatic latent image)을 형성하기 위하여, 레이저 빔과 같은 광 플럭스(flux)를 발생하는 광원을 이용하고 있다.

이러한 광주사장치는 반도체 레이저 다이오드와 같은 광원에서 발생된 레이저 빔을 콜리메이터(collimator) 렌즈 등을 통해 평행한 광으로 변화시켜 광 편향기를 구성하는 고속 회전하는 회전다면경으로 유도하고, 회전다면경에서 레이저 빔의 반사방향을 편향시킨 후 에프-세타 렌즈와 같은 주사렌즈를 통해 감광체의 피주사면에 인쇄라인을 주사하여 정전잠상을 형성한다.

이 광주사장치에서, 회전 다면경의 크기와 인쇄속도는 통상적으로 도 1에 도시한 바와 같이 회전 다면경(5a)의 편향면(5b)의 수, 편향면(5b)으로 입사되는 레이저 빔의 입사각(α), 회전 다면경(5a)의 회전 속도 등에 의해 결정된다.

예를 들면, 회전 다면경(5a)이 필요한 선형화상을 형성하기 위해 선결된 편향면(5b)의 폭과 입사각(α)을 가질 경우, 인쇄속도를 증가시키기 위해 편향면(5b)의 수를 증가시키면, 회전 다면경(5a)의 내접원 반경(R)의 크기는 그 만큼 더 커진다. 이 때, 인쇄속도를 배가시키기 위해 회전 다면경(5a)의 회전 속도를 더 증가시킬 경우, 소음이 증가됨과 동시에 회전부하 증가로 회전정밀도가 떨어지게 되며, 제작시 코스트도 증가하게 된다.

또한, 회전 다면경(5a)의 편향면(5b)의 수가 일정한 상태에서 편향면(5b)으로 입사되는 레이저 빔의 입사각(α)이 커지게 되면, 동일한 선형 화상을 형성하기 위해서는 더 큰 폭을 갖는 편향면(5b)이 필요하게 됨으로, 회전 다면경(5a)의 내접원 반경(R)의 크기는 더 커지고, 동일한 회전속도를 기준으로 할 때 인쇄속도는 더 떨어지게 된다.

따라서, 회전 다면경(5a)의 크기를 일정하게 한 상태에서 레이저 빔의 입사각(α)이 작아 질 때, 특히 레이저 빔이 주 주사평면을 기준으로 회전 다면경(5a)의 편향면(5b)에 수직으로 입사되도록 할 때, 일정한 선형 화상을 형성하기 위한 각 편향면(5b)의 폭이 감소되고, 그에 따라 편향면(5b)의 수 및 인쇄 속도가 증가될 수 있다.

또한, 회전 다면경(5a)의 편향면(5b)의 수를 일정하게 한 상태에서 레이저 빔이 주 주사평면을 기준으로 회전 다면경(5a)의 편향면(5b)에 수직으로 입사되도록 하면, 회전 다면경(5a)의 크기 및 그에 따른 제작 코스트가 감소될 수 있다.

도 2을 참조하면, 레이저 빔이 주 주사평면을 기준으로 회전 다면경의 편향면에 수직으로 입사되도록 하기 위한 일반적인 광주사장치(10)가 개략적으로 도시되어 있다.

이 광주사장치(10)는 레이저 빔을 방출할 수 있는 반도체 레이저(1), 반도체 레이저(1)에서 출사되는 레이저 빔을 광축에 대해 평행한 광으로 만들어 주는 콜리메이터 렌즈(2), 콜리메이터 렌즈(2)를 통과한 레이저 빔을 부주사 방향에 대해 수평방향의 선형광으로 만들어 주는 원통 렌즈(3), 레이저 빔의 반사방향을 편향시키는 광 편향기(5), 원통 렌즈(3)를 통과한 선형광 형태의 레이저 빔이 주 주사평면을 기준으로 광 편향기(5)의 편향면에 수직으로 입사되도록 하는 레이저 빔 반사부(4), 및 레이저 빔 반사부(4)로부터 입사되는 레이저 빔은 광축중심의 상부를 통해 광 편향기(5)로 출사 시키고 광 편향기(5)로부터 입사되는 레이저 빔은 광축중심의 하부를 통해 출사시키는 주사 렌즈(6)를 포함한다.

광 편향기(5)는 주사 렌즈(6)를 통과한 선형광 형태의 레이저 빔을 등선속으로 이동시킴으로서 레이저 빔의 반사방향을 편향시켜 주사 렌즈(6)로 출사시키도록 하기 위하여, 편향면(5b')를 갖는 회전 다면경(5a'), 및 회전 다면경(5a')을 등속도로 화살표(A) 방향으로 고속 회전시키는 스핀들 모터(14)로 구성된다.

도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 레이저 빔 반사부(4)는 원통 렌즈(3)를 통과한 레이저 빔이 주사 렌즈(6)의 주사중심, 즉 광축중심의 상부를 지나 주 주사평면을 기준으로 회전다면경(5a')의 편향면(5b')에 수직으로 입사하도록 배치된 한 개의 반사 미러로 이루어 진다.

주사 렌즈(6)는, 레이저 빔 반사부(4)의 반사 미러로부터 반사되는 레이저 빔은 광축중심의 상부를 통해 출사 시키고, 회전 다면경(5a')에 의해 광축에 대해 일정한 굴절율을 가지도록 편향된 레이저 빔은 광축중심의 하부를 통해 주 주사방향으로 굴절시키는 제 1 및 제 2 에프-세타 렌즈(6a, 6b)로 구성된다.

또한, 이 광주사장치(10)에서, 주사 렌즈(6)를 통과한 레이저 빔을 결상면인 감광드럼(20)의 피주사면에 반사하는 반사경(9)이 회전 다면경(5a')에 의해 편향되는 대부분의 레이저 빔의 경로 상에 배치된다. 레이저 빔을 수평방향으로 반사하는 수평동기 미러(8)는 제 2 에프-세타 렌즈(6b)의 단부를 통과하는 레이저 빔의 일부의 경로 상에 배치되고, 동기신호 센서(11)는 수평동기 미러(8)에 의해 반사된 레이저 빔의 경로 상에 배치된다.

이와 같이 구성되는 종래의 광주사장치(10)의 작용을 살펴보면, 먼저, 반도체 레이저(1)로부터 출사된 레이저 빔은 콜리메이터 렌즈(2)를 투과하여 광축에 대해 평행한 광으로 만들어 진다.

그 다음, 레이저 빔은 원통 렌즈(3)을 통하여 수평방향의 선형광으로 만들어 지고, 레이저 빔 반사부(4)에 의해 반사되어 회전 다면경(5a')으로 입사된다. 이 때, 레이저 빔은 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 주사 렌즈(6)의 광축중심의 상부를 지나 주 주사평면을 기준으로 회전다면경(5a')의 편향면(5b')에 수직으로 입사한다. 그 후, 레이저 빔은 스핀들 모터(14)에 의해 화살표(A) 방향으로 고속으로 회전하는 회전 다면경(5a')에 의해 반사방향이 편향되어 반사된다.

회전 다면경(5a')에 의해 편향된 레이저 빔은 다시 주사 렌즈(6)의 광축중심의 하부를 경유하여 반사경(9)에 의해 반사된 후, 감광드럼(20)의 피주사면 상에 다수의 광 스팟으로써 집광되어 인쇄라인(7)을 주 주사방향에 따라 주사하게 된다. 이 때, 감광드럼(20)은 구동모터(도시하지 않음)에 의해 화살표(B) 방향으로 회전하도록 구동됨으로, 주 주사방향을 따른 광 스팟들의 주사 운동 및 부 주사방향에 따른 감광드럼(20)의 운동의 결과로 정전잠상이 감광드럼(20) 상에 형성된다.

한편, 회전 다면경(5a')의 편향면(5b')에 의해 편향된 레이저 빔 중 일부는 수평동기 미러(8)에 의해 반사되고, 동기신호 센서(11)를 통해 동기신호 발생회로(23)에 전달되고, 동기신호 발생회로(23)는 동기 신호를 발생시킨다. 동기신호 발생회로(23)에 의해 발생된 동기신호는 중앙처리 장치(12)로 입력되고, 중앙처리 장치(12)는 피주사면 상의 광 스팟들의 주사시작 타이밍 및 화상형성 타이밍을 제어한다.

그러나, 이와 같이 동작하는 종래의 광주사장치(10)는 회전 다면경(5a')으로 입사되는 레이저 빔이 주사 렌즈(6)를 두번 통과하게 됨으로, 양질의 화상을 얻기 위해서는 주사 렌즈(6)의 형상을 복잡하게 설계해야 하는 문제점이 있었다. 특히, 레이저 빔이 주사 렌즈(6)의 중심이 아닌 상, 하부를 통과하게 됨으로, 피치 에러 등을 방지하기 위해서는 주사 렌즈(6)를 더욱 정밀하게 제작하여야 한다.

또한, 종래의 광주사장치(10)는 레이저 빔이 통과할 충분한 유효경을 확보하기 위하여, 주사 렌즈(6)의 부 주사 방향의 높이를 증가시켜야 하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 광원으로부터 광 편향기로 입사되는 광 플럭스가 주사 렌즈를 통과하지 않고 주사 렌즈의 광축중심 위치에서 광 편향기의 편향면에 수직으로 입사되도록 함으로써 상대적으로 작은 크기를 갖는 광 편향기와 간단한 구조를 갖는 주사 렌즈를 사용하면서도 고속인쇄를 가능하게 하는 광주사장치를 제공하는데 있다.

도 1는 일반적인 광주사장치의 광 편향기의 동작을 예시하는 개념도.

도 2은 종래의 광주사장치의 개략적인 배치를 예시하는 사시도.

도 3은 도 2에 도시한 광주사장치의 레이저 빔 반사부의 동작을 예시하는 평면도.

도 4는 도 2에 도시한 광주사장치의 동작을 예시하는 개략 측면도.

도 5는 본 발명에 일치하는 광주사장치의 개략적인 배치를 예시하는 사시도.

도 6은 도 5에 도시한 광주사장치의 동작을 예시하는 개략 측면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1, 101: 반도체 레이저 2, 102: 콜리메이터 렌즈

3, 103: 원통렌즈 4: 레이저 빔 반사부

5, 105: 광 편향기 5a, 5a', 105a: 회전 다면경

5b, 5b', 105b: 편향면 6, 106: 주사 렌즈

6a, 6b, 106a, 106b: 에프-세타 렌즈 7, 107: 인쇄라인

8, 108: 수평동기 미러 9, 109: 반사경

10, 100: 광주사장치 11, 111: 동기신호센서

12: 중앙처리장치 14, 114: 모터

20, 120: 감광드럼 23: 동기신호 발생회로

104: 레이저 빔 가이드부 104a, 104b: 반사 미러

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 광 플럭스를 방출하는 광원, 광원으로부터 방출된 광 플럭스를 편향시키기 위한 광 편향기, 및 광 편향기를 통과한 광 플럭스의 오차를 보정하여 피주사면에 주사하는 주사 렌즈를 포함하는 광주사장치에 있어서, 광원에서 광 편향기로 입사되는 광 플럭스가 주사 렌즈를 통과하지 않고 광 편향기의 편향면에 수직으로 입사되어 주사 렌즈의 광축중심으로 출사되도록 하는 광 플럭스 가이드부를 포함하는 광주사장치를 제공한다.

양호한 실시예에 있어서, 광 플럭스 가이드부는 광원과 광편향기 사이의 광경로에 배치되고 광원으로부터 광 플럭스를 입사하여 광 편향기로 반사하는 제 1 반사 미러, 및 광 편향기와 주사 렌즈 사이의 광 경로에 배치되고 광 편향기로부터 입사된 광 플럭스를 주사 렌즈로 반사하는 제 2 반사 미러로 구성된다. 제 1 반사 미러는 주사방향에 수직인 평면에서 광 편향기의 편향면의 중심으로 광 플럭스를 반사하고, 제 2 반사미러는 주사 렌즈의 중심을 통과하도록 광 플럭스를 반사하도록 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 광 편향기는 6개 이상의 편향면을 갖는 회전 다면경으로 구성하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 일치하는 바람직한 실시예의 광주사장치를 첨부도면에 관하여 상세히 설명하기로 한다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 일치하는 바람직한 실시예의 광주사장치(100)가 도시되어 있다.

본 발명의 광주사장치(100)는 레이저 빔을 방출할 수 있는 반도체 레이저(101), 반도체 레이저(101)에서 출사되는 레이저 빔을 광축에 대해 평행한 광으로 만들어 주는 콜리메이터 렌즈(102), 콜리메이터 렌즈(102)를 통과한 레이저 빔을 부 주사방향에 대해 수평방향의 선형광으로 만들어 주는 원통 렌즈(103), 원통 렌즈(103)를 통과한 선형광 형태의 레이저 빔이 주 주사평면을 기준으로 광편향기(105)의 편향면에 수직으로 입사되도록 하는 레이저 빔 가이드부(104), 레이저 빔 가이드부(104)를 통과한 레이저 빔의 반사방향을 편향시키는 광 편향기(105), 및 레이저 빔 가이드부(104)로부터 입사되는 레이저 빔을 렌즈중심을 통해 출사시키는 주사 렌즈(106)를 포함한다.

반도체 레이저(101)는 회로기판(도시하지 않음)에 장착되고, 콜리메이터 렌즈(102)는 비구면 또는 구면 형상을 가지며, 유리 또는 프라스틱재질로 형성된다. 원통 렌즈(103)는 레이저 빔에 대해 미리 결정된 굴절 효과를 나타내게 하여 선형광을 생성하도록 레이저 빔 이동경로를 기준으로 광 편향기(105) 상류에 배치된다.

레이저 빔 가이드부(104)는 원통 렌즈(103)와 광 편향기(105) 사이의 광 경로에 배치되고 원통 렌즈(103)로부터 레이저 빔을 입사하여 광 편향기(105)로 반사하는 제 1 반사 미러(104a), 및 광 편향기(105)와 주사 렌즈(106) 사이의 광 경로에 배치되고 광 편향기(105)로부터 입사된 레이저 빔을 주사 렌즈(106)로 반사하는 제 2 반사 미러(104b)로 구성된다.

제 1 반사 미러(104a)는 주사방향에 수직인 평면에서 광 편향기(105)의 편향면의 중심으로 레이저 빔을 반사하도록 배치되고, 제 2 반사 미러(104b)는 레이저 빔이 주사 렌즈(106)의 중심을 통과하도록 레이저 빔을 반사하도록 배치된다.

광 편향기(105)는 레이저 빔 가이드부(104)의 제 1 반사 미러(104a)를 통과한 선형광 형태의 레이저 빔을 등선속으로 이동시켜 레이저 빔의 반사방향을 편향시키기 위하여, 편향면(105b)을 갖는 회전 다면경(105a), 및 회전 다면경(105a)을 등속도로 화살표(A) 방향으로 회전시키는 스핀들 모터(114)로 구성된다.

주사 렌즈(106)는 회전 다면경(105a)에 의해 광축에 대해 일정한 굴절율을 가지도록 편향되어 레이저 빔 가이드부(104)의 제 2 반사 미러(104b)로부터 반사되는 레이저 빔을 렌즈 중심을 통해 통과시켜 주 주사방향으로 굴절시키고 레이저 빔에 포함된 오차를 보정하는 제 1 및 제 2 에프-세타 렌즈(106a, 106b)로 이루어 진다.

따라서, 도 6에 도시한 바와 같이, 원통 렌즈(3)를 통과한 레이저 빔은 제 1 반사 미러(104a)에 소정각도로 입사된 후, 주사방향에 수직인 평면에서 회전 다면경(105a)의 편향면(105b)의 중심으로 반사되고, 회전 다면경(105a)에서 반사방향이 편향된 다음, 제 2 반사 미러(104b)에 의해 주사 렌즈(106)의 중심을 통과하도록 반사된다.

또한, 본 발명의 광주사장치(100)는 도 2에 도시한 종래의 광주사장치(10)와 같이 화상형성 및 주사/화상형성 타이밍 제어를 위하여, 회전 다면경(105a)의 편향면(105b)에 의해 편향되는 대부분의 레이저 빔의 경로 상에 배치되어 주사 렌즈(106)를 통과한 레이저 빔을 감광드럼(120)의 피주사면으로 반사하는 반사경(109), 제 2 에프-세타 렌즈(106b)의 단부를 통과하는 레이저 빔의 일부 경로 상에 배치되어 레이저 빔을 수평방향으로 반사하는 수평동기 미러(108), 및 수평동기 미러(108)에 의해 반사되는 레이저 빔의 경로 상에 배치된 주사동기를 위한 동기신호 센서(111)를 구비한다.

이와 같이, 본 발명의 광주사장치(100)는 원통 렌즈(103)와 회전 다면경(105a) 사이 및 회전 다면경(105a)과 제 1 에프-세타 렌즈(106a) 사이에 각각 제 1 및 제 2 반사 미러(104a, 104b)를 설치하여, 원통 렌즈(103)에서부터 회전 다면경(105a)으로 입사되는 레이져 빔을 주사방향에 수직인 평면에서 회전 다면경(105a)의 편향면(105b)의 중심으로 입사시킨 후 제 1 에프-세타 렌즈(106a)의 광축중심으로 출사되도록 함으로써, 종래의 구조 보다 간단한 구조의 주사 렌즈(106)를 사용하면서도 종래와 같이 회전 다면경(105a)의 외경 등 크기를 증가시키지 않고 회전 다면경(105a)의 편향면(105b)의 수를 늘릴 수 있게 하여 고속인쇄를 가능하게 한다.

이상과 같이 구성된 본 발명에 일치하는 광주사장치(100)의 작용을 도 5 및 도 6과 관련하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 반도체 레이저(101)로부터 방출된 레이저 빔은 콜리메이터 렌즈(102)에 의해 평행한 광으로 만들어 진다.

콜리메이터 렌즈(102)를 통과한 레이저 빔은 원통 렌즈(103)을 통해 제 1 반사 미러(104a)에 소정각도로 입사된 후, 도 6에 도시한 바와 같이 주사방향에 수직인 평면에서 회전 다면경(105a)의 편향면(105b)의 중심으로 반사된다.

그 후, 레이저 빔은 스핀들 모터(114)에 의해 고속으로 회전하는 회전 다면경(105a)의 편향면(105b)에 의해 반사방향이 편향된 다음, 제 2 반사 미러(104b)에 의해 주사 렌즈(106)의 중심을 통과하도록 반사된다.

그 다음, 레이저 빔은 반사경(109)에 의해 반사되어, 감광 드럼(120)의 피주사면 상에 다수의 광 스팟으로서 집광된다. 광 스팟들은 레이저 빔이 편향됨에 따라 주 주사방향을 따라서 인쇄라인(107)을 주사하게 된다.

이하, 감광드럼(120)의 정전잠상 형성동작과, 수평동기 미러(108), 동기신호 센서(111), 동기신호 발생회로(도시하지 않음) 및 중앙처리 장치(도시하지 않음)의 주사시작 타이밍 및 화상형성 타이밍 제어동작은 앞에서 서술한 종래의 광주사장치의 그것과 동일하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 일치하는 광주사장치는 원통 렌즈와 회전 다면경 사이 및 회전 다면경과 제 1 에프-세타 렌즈 사이에 각각 제 1 및 제 2 반사 미러를 설치하여, 광원으로부터 광 편향기로 입사되는 레이저 빔이 제 1 및 제 2 에프-쎄타 렌즈로 구성되는 주사 렌즈를 통하지 않고 주 주사평면을 기준으로 광 편향기의 편향면에 수직으로 입사된 후 주사렌즈의 광축중심을 통해 출사되도록함으로써, 상대적으로 작은 외경을 갖는 회전 다면경과 간단한 구조의 주사 렌즈를 사용하면서도 고속인쇄를 가능하게 하는 효과를 갖는다.

이상에서, 본 발명의 특정한 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 수정과 변형실시가 가능할 것이다.

Claims (4)

1. 광 플럭스를 방출하는 광원, 광원으로부터 방출된 광 플럭스를 편향시키기 위한 광 편향기, 및 광 편향기를 통과한 광 플럭스의 오차를 보정하여 피주사면에 주사하는 주사 렌즈를 포함하는 광주사장치에 있어서,

   광원에서 광 편향기로 입사되는 광 플럭스가 주사 렌즈를 통과하지 않고 광 편향기의 편향면에 수직으로 입사되어 주사 렌즈의 광축중심으로 출사되도록 하는 광 플럭스 가이드수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광주사장치.
2. 제 1항에 있어서, 광 플럭스 가이드수단은 광원과 광 편향기 사이의 광경로에 배치되고 광원으로부터 광 플럭스를 입사하여 주사방향에 수직인 평면에서 광 편향기의 편향면의 중심으로 광 플럭스를 반사하는 제 1 반사 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 광주사장치.
3. 제 2항에 있어서, 광 플럭스 가이드수단은 광 편향기와 주사 렌즈 사이의 광 경로에 배치되고 광 편향기로부터 입사된 광 플럭스가 주사 렌즈의 중심을 통과하도록 광 플럭스를 반사하는 제 2 반사 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 광주사장치.
4. 제 3항에 있어서, 광 편향기는 6개 이상의 편향면을 갖는 회전 다면경을 포함하는 것을 특징으로 하는 광주사장치.