KR100461592B1 - 멀티빔 광주사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 일치하는 멀티빔 광주사장치는 8.5≤M≤9.5의 조건을 만족하는 광원에서 피주사면까지 부주사방향 횡배율(M), 및 0.5≤M2≤2의 조건을 만족하는 광 편향기에서 피주면까지의 부주사방향 횡배율(M2)을 갖는다. 본 발명의 멀티빔 광주사장치는 상대적으로 낮은 파워의 광원을 사용할 수 있어 제조 코스트를 감소시킬 수 있을 뿐 아니라, 피주사면상의 피치변동을 최소화하도록 할 수 있다.

Description

멀티빔 광주사장치{multi-beam laser scanning apparatus}

본 발명은 프린터, 팩시밀리, 복사기 등에 적용되는 화상형성 장치에 사용가능한 멀티빔 광주사장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광원의 사용효율을 증가시키고 피주사면상의 피치변동을 최소화할 수 있는 부주사방향 횡배율을 갖는 멀티빔 광주사장치에 관한 것이다.

일반적으로, 프린터, 팩시밀리, 복사기 등의 화상형성 장치에 사용되는 멀티빔 광주사장치는 감광드럼 또는 감광벨트와 같은 감광체상에 화상의 정전잠상(electrostatic latent image)을 고속으로 형성하기 위하여, 레이저 빔을 발생하는 복수의 광원을 이용하고 있다.

이러한 멀티빔 광주사장치는 레이저 다이오드(Laser Diode: LD)와 같은 복수의 발광부를 갖는 광원에서 발생된 레이저 빔을 콜리메이터 렌즈(collimator lens)등을 통해 합성하여 소정간격을 갖는 평행광으로 변화시켜 고속 회전하는 편향 반사면을 갖는 광 편향기로 유도하고, 편향 반사면에서 레이저 빔의 반사방향을 편향시킨 후 에프-세타(f-theta) 렌즈와 같은 주사렌즈를 통해 감광체상에 복수의 인쇄라인을 동시에 주사하여 정전잠상을 형성한다.

도 1을 참조하면, 감광체상에 정전잠상을 형성하기 위한 일반적인 멀티빔 광주사장치가 개략적으로 도시되어 있다.

이 광주사장치는 레이저 빔을 방출할 수 있는 복수의 LD 발광부(1a, 1b; 도 2)로 이루어지는 광원(1); 각 LD 발광부(1a, 1b)에 대응하게 배치된 콜리메이터 렌즈(2), 콜리메이터 렌즈(2)를 통과한 레이저 빔의 주변부를 차단하여 빔의 형상을 정형화시키는 빔 성형용 구경 조리개(8), 및 각각의 레이저 빔을 부주사 방향(B)으로는 집속시키고 주주사 방향(A)으로는 긴 선상으로 결상하는 실린더 렌즈(3)를 포함하는 광원측 광학계(10); 실린더 렌즈(3)로부터 출사된 레이저 빔의 반사방향을 편향시키도록 모터에 의해 지지되어 고속으로 회전하는 편향 반사면(4a)을 구비한 광 편향기(4); 및 광 편향기(4)에 의해 편향된 레이저 빔에 포함된 오차를 보정하는 제 1 및 제 2 에프-세타 렌즈(5a, 5b), 제 1 및 제 2 에프-세타 렌즈(5a, 5b)를 통과한 레이저 빔의 상면만곡을 보정하는 긴 상면만곡 보정 렌즈(6), 및 상면만곡 보정렌즈(6)를 통과한 레이저 빔을 감광드럼(7)과 같은 감광체의 표면의 피주사면에 반사하는 반사경(9)을 구비하는 주사 광학계(20)를 포함한다.

이와 같이 구성되는 종래의 멀티빔 광주사장치의 작용을 살펴보면, 입력 영상신호에 따라 변조되어 광원(1)의 LD 발광부(1a, 1b)로부터 방출된 레이저 빔은 콜리메이터 렌즈(2)에 의해 평행하게 되거나 수렴하게 된다.

그 후, 레이저 빔은 레이저 빔의 형상을 정형화시키는 구경 조리개(8)를 통과한 후, 실린더 렌즈(3)를 경유하여 모터에 의해 고속으로 회전하는 광 편향기(4)의 편향 반사면(4a)에 반사되어 편향된다.

그 다음, 레이저 빔은 제 1 및 제 2 에프-쎄타 렌즈(5a, 5b) 및 만곡보정 렌즈(6)를 경유하여 반사경(9)에 의해 반사된 후, 감광드럼(7)의 피주사면 상에 다수의 광 스팟으로서 집광되어, 복수의 주사선을 주 주사방향에 따라 주사한다.

이 때, 감광드럼(7)은 구동모터(도시하지 않음)에 의해 회전하도록 구동됨으로, 주 주사방향에 따른 광 스팟들의 주사 운동 및 부 주사방향에 따른 감광드럼(7)의 운동의 결과로 정전잠상이 감광드럼(7) 상에 형성된다.

하지만, 이와 같이 동작하는 종래의 멀티빔 광주사장치는 일반적으로 광원(1)과 피주사면 사이에 위치하는 광학계의 부주사 방향의 합성 횡배율(β)이 2≤β≤8.5의 조건을 만족할 것을 요구하고 있다.

보다 상세히 설명하면, 부주사 방향의 합성 횡배율(β)은 콜리메이터 렌즈(2)와 실린더 렌즈(3)로 이루어지는 광원측 결상계(10)의 부주사방향 횡배율과 에프-쎄타 렌즈(5)와 만곡보정 렌즈(6)로 이루어지는 주사 광학계(20)의 부주사방향 횡배율로 결정된다.

하지만, 주사 광학계(20)의 부주사방향 횡배율, 즉 광 편향기(4)에서부터 피주사면까지의 부주사방향 횡배율이 2이상으로 커질 경우, 피주사면상의 배율오차가 증가하여 광 스팟의 성능변동량이 증가하므로, 통상 부주사방향 합성 횡배율(β)은 주로 콜리메이터 렌즈(2)의 결상 배율과 실린더 렌즈(3)의 결상 배율에 의해 좌우된다.

따라서, 부주사방향 합성 횡배율(β)이 2 이하일 경우, 실린더 렌즈(3)의 초점 거리와 콜리메이터 렌즈(2)의 초점거리가 너무 작아지게 되고, 그 결과 주사 광학계(20)를 광 편향기(4)에 근접하게 배치하는 데 지장을 받게 된다. 그 결과, 상면만곡 보정렌즈(6) 등 주사 광학계(20)가 피주사면에 가깝게 배치되어 현상제의 비산에 의해 오염되기 쉽게 된다.

또한, 부주사방향 합성 횡배율(β)은 주사선의 피치에 대한 발광부(1a, 1b) 사이의 간극(d), 즉 피치의 비의 값과 거의 일치하므로, 적정한 주사선의 피치에서 부주사방향 합성 횡배율(β)이 8.5 이상일 경우, LD 발광부(1a, 1b)의 피치가 작아지게 되고, 그 결과, 한 LD 발광부(1a 또는 1b)에서 발생하는 열에 의해 다른 한 LD 발광부(1a 또는 1b)에서 방출되는 레이저 빔이 영향을 받는 열 크로스-토그 현상이 발생하게 된다.

따라서, 종래의 광주사장치에서는 상면만곡 보정렌즈(6)를 피주사면으로부터 이격하여 현상제에 의한 오염을 방지함과 동시에 열 크로스-토그 현상을 방지하기 위하여, 부주사 방향의 합성 횡배율(β)이 2≤β≤8.5의 조건을 만족하도록 설계된다. 이러한 조건을 만족하는 멀티빔 광주사장치는 일본 특허공개 제1998-54950호에 에 개시되어 있다.

한편, 반도체 제조 방법의 급속한 발달에 따라, 부주사방향 합성 횡배율(β)을 8.5≤β의 조건으로 설계하더라도, 종래의 광주사장치에서 LD 발광부(1a, 1b) 사이의 피치가 작아짐에 따라 발생하는 열 크로스-토그 현상은 발생하지 않게 되었다.

그러나, 8.5≤β의 조건을 맞출 경우, 광원측 광학계(10)의 부주사방향 횡배율, 즉 실린더 렌즈(3)와 콜리메이터 렌즈(2)의 초점거리, 특히 콜리메이터 렌즈(2)의 초점 거리가 길어지는 문제점이 발생한다.

이와 같이, 콜리메이터 렌즈(2)의 초점 거리가 길어지게 되면, 광원(1)으로부터 콜리메이터 렌즈(2)를 통해 방출된 레이저 빔의 양 중 실제로 구경 조리개(8)를 통해 피주사면에 광 스팟으로 결상되는 레이저 빔의 양이 매우 작아져 광원(1)의 출력을 증가시키거나, 큰 출력을 갖는 광원을 사용해야 하는 문제가 발생되고, 이에 따라 제조 코스트가 증가하게 된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 광원의 사용효율을 증가 시키기 위해 8.5≤M≤9.5의 조건을 만족하는 광원에서 피주사면까지 부주사방향 횡배율(M)을 갖는 멀티빔 광주사장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 광원의 사용효율을 증가 시키기 위해 광원측 광학계중 콜리메이터 렌즈의 초점거리를 감소시킨 멀티빔 광주사장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 피주사면상의 피치변동을 최소화하도록 0.5≤M2≤2의 조건을 만족하는 광 편향기에서 피주면까지의 부주사방향 횡배율(M2)을 갖는 멀티빔 광주사장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 멀티빔 광주사장치의 개략적인 배치를 예시하는 사시도.

도 2는 도 1에 도시한 멀티빔 광주사장치의 광원의 상세도.

도 3은 본 발명에 일치하는 멀티빔 광주사장치의 배치를 예시하는 사시도.

도 4는 도 3에 도시한 멀티빔 광주사장치의 부주사방향 횡배율을 예시하는 측면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1, 101: 광원 2, 102: 콜리메이터 렌즈

3, 103: 실린더 렌즈 4, 104: 광 편향기

5a, 5b, 105a, 105b: 에프-세타 렌즈 6: 상면만곡 보정렌즈

7, 107: 감광 드럼 8, 108: 구경 조리개

9, 109: 반사경 110: 광원측 광학계

120: 주사 광학계

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 복수의 광원; 복수의 광원으로부터 방출된 복수의 레이저 빔을 편향시키기 위한 광 편향기; 복수의 광원에서 방출된 복수의 레이저 빔을 광 편향기로 안내하는 광원측 광학계; 및 광원측 광학계에서 출사된 레이저 빔을 피주사면에 결상하는 주사 광학계를 포함하는 멀티빔 광주사장치에 있어서, 광원측 광학계와 주사광학계는 다음 조건을 만족하는 부주사방향 합성 횡배율(M)을 갖는 멀티빔 광주사장치를 제공한다.

8.5≤M≤9.5

양호한, 실시예에 있어서, 주사 광학계는 다음 조건을 만족하는 부주사방향 횡배율(M2)을 갖는 멀티빔 광주사장치를 제공한다.

0.5≤M2≤2.0

광원측 광학계는 광원으로부터 방출된 레이저 빔을 평행하게 하거나 수렴하는 콜리메이터 렌즈, 및 콜리메이터 렌즈를 통과한 레이저 빔을 선형형상으로 결상하는 실린더 렌즈를 포함하며, 콜리메이터 렌즈의 초점거리는 실린더 렌즈의 초점거리보다 작게 구성된다. 이 때, 콜리메이터 렌즈의 초점거리는 약 5mm 에서 20mm 사이의 범위, 바람직하게는 8.5mm로 유지되는 것이 바람직하다.

광원은 발광점을 갖는 복수의 LD 발광부로 구성되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티빔 광주사장치를 첨부도면에 관하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 일치하는 멀티빔 광주사장치가 개략적으로 도시되어 있다.

본 발명의 멀티빔 광주사장치는 복수의 레이저 빔을 방출하는 LD 발광부(도시하지 않음)를 갖는 광원(101), 광원(101)으로부터 방출된 레이저 빔을 편향시키기 위한 광 편향기(104), 광원(101)에서 방출된 레이저 빔을 광 편향기(104)로 안내하는 광원측 광학계(110), 및 광원측 광학계(110)에서 출사된 레이저 빔을 감광드럼(107)의 피주사면에 결상하는 주사 광학계(120)를 포함한다.

광원(101)의 LD 발광부는 회로구성 및 설계여유를 갖도록 일정한 케이스(도시하지 않음) 내에 배치된 회로기판(도시하지 않음)의 동일한 평면에 일정한 간격을 두고 장착된다.

광 편향기(104)는 스캐닝 모터에 의해 고속으로 회전하는 편향 반사면(104a)을 구비한다.

광원측 광학계(110)는 광원(101)의 각 LD 발광부로부터 방출된 레이저 빔을 평행하게 하거나 수렴하는 콜리메이터 렌즈(102), 콜리메이터 렌즈(102)를 통과한 레이저 빔을 정형화하여 출사하는 구경 조리개(108), 및 구경 조리개(108)를 통과한 레이저 빔을 선형형상으로 결상하는 실린더 렌즈(103)로 구성된다.

콜리메이터 렌즈(102)는 비구면 또는 구면 형상을 가지며, 유리 또는 프라스틱재질로 형성된다. 이 때, 렌즈(102)의 초점거리는 약 5mm에서 20mm 사이의 범위, 바람직하게는 8.5mm로 유지되는 것이 바람직하다. 이 렌즈(102)는 광원(101)의 발광부로부터 방출되는 레이저 빔을 소정의 광, 즉 평행하거나 수렴하는 광으로 만들어 주는 역할을 한다.

구경 조리개(108)는 콜리메이터 렌즈(102)를 통과한 레이저 빔의 주변부를 차단하여 빔의 형상을 정형화시키며, 실린더 렌즈(103)는 구경 조리개(108)를 통과한 각각의 레이저 빔을 부주사 방향으로는 집속시키고 주주사 방향으로는 긴 선상으로 결상하는 기능을 한다.

주사 광학계(120)는 광 편향기(104)의 편향 반사면(104a)에 의해 편향된 레이저 빔에 포함된 오차를 보정하는 제 1 및 제 2 에프-세타 렌즈(105a, 105b), 및 제 1 및 제 2 에프-세타 렌즈(105a, 105b)를 통과한 레이저 빔을 감광드럼(107)과같은 감광체의 피주사면에 부주사방향으로 집광 및 반사시키는 반사경(109)을 구비한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 광원측 광학계(110)와 주사광학계(120)는 다음 수학식(1)을 만족하는 부주사방향 합성 횡배율, 즉 광원(101)에서 피주사면 까지의 부주사방향 횡배율(M)을 갖도록 구성된다.

8.5≤M≤9.5 -------------(1)

또한, 주사 광학계(120)는 피주사면상의 피치변동을 최소화하도록 다음 수학식(2)을 만족하는 부주사방향 횡배율, 즉 광 편향기(104)에서 피주사면까지의 부주사방향 횡배율(M2)을 갖도록 구성된다.

0.5≤M2≤2.0 -------------(2)

보다 상세히 설명하면, 부주사방향 합성 횡배율(M)은 광원측 광학계(110)의 부주사방향 횡배율(M1)과 주사 광학계(120)의 부주사방향 횡배율(M2)의 곱으로 나타낼 수 있다.

하지만, 주사 광학계(120)의 부주사방향 횡배율(M2)이 2이상으로 커질 경우 피주사면상의 배율오차가 증가하여 광 스팟의 성능변동량이 증가하므로, 주사 광학계(120)의 부주사방향 횡배율(M2)은 수학식 (2)(0.5≤M2≤2.0)의 조건을 만족하도록 설정된다.

따라서, 부주사방향의 합성 횡배율(M)은 광원측 광학계(110)의 부주사방향 횡배율(M1)에 의해 거의 결정된다.

광원측 광학계(110)의 부주사방향 횡배율(M1)은 종래의 기술에서 언급한 바와 같이, 실질적으로 콜리메이터 렌즈(102)의 초점거리(Fc)와 실린더 렌즈(103)의 초점거리(Fy)에 의해 좌우된다.

따라서, 부주사방향 합성 횡배율(M)을 크게할 경우, 예를들면 8.5≤M의 조건으로 설계할 경우, 종래 기술에서 설명한 바와 같이, 광원측 광학계(110)의 콜리메이터 렌즈(102)와 실린더 렌즈(103)의 초점거리, 특히 콜리메이터 렌즈(102)의 초점거리가 길어지게 되고, 그 결과, 광원(101)으로부터 콜리메이터 렌즈(102)를 통해 방출된 레이저 빔의 양 중 실제로 구경 조리개(108)를 통해 피주사면에 광 스팟으로 결상되는 레이저 빔의 양이 작아지게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 광원측 광학계(110)의 실린더 렌즈(103)의 초점거리(Fy) 보다 상대적으로 콜리메이터 렌즈(102)의 초점거리(Fc)를 더 줄이는 것에 의하여 상대적으로 낮은 파워의 레이저 빔을 방출하는 LD 발광부를 사용하더라도, 충분한 양의 레이저 빔이 구경 조리개(108)를 통해 피주사면에 광 스팟으로 결상되게 한다. 이 때, 콜리메이터 렌즈(102)의 초점거리(Fc)는 약 5mm 에서 20mm 사이의 범위, 바람직하게는 8.5mm로 유지된다.

이와 같이 결정된 부주사방향 합성 횡배율(M)이 수학식(1)(8.5≤M≤9.5)의 범위를 벗어날 경우, 구경 조리개(108)를 통해 피주사면에 광 스팟으로 결상되는 레이저 빔의 양이 불충분하게 된다.

따라서, 부주사방향의 합성 횡배율(M)은 8.5≤M≤9.5 의 조건을 만족하도록 결정된다.

(실시예)

표 1에 도시한 바와 같이, 부주사방향 합성 횡배율(M)은 9, 주사 광학계(120)의 부주사방향 횡배율(M1)은 1, 광원측 광학계(110)의 부주사방향 횡배율(M2)은 9, 콜리메이트 렌즈(102)의 초점거리(Fc)를 8.5mm로 하였을 때, 광원(101)의 출력의 이용효율을 나타내는 구경 조리개(108)에서의 투과율(Slit transmittance:T)은 34%로써, 도 1에 관하여 설명한 종래 기술의 광주사장치를 토대로 얻은 비교예의 투과율 11% 보다 훨씬 우수한 결과를 나타내었다.

	M1	M2	M	Fc	T
실시예	9.0	1.0	9.0	8.5mm	34%
비교예	3.0	1.0	3.0	25.5	11%

이상과 같이 구성된 본 발명에 일치하는 멀티빔 광주사장치의 작용은 도 1에 관하여 설명한 종래의 광주사 장치와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 일치하는 멀티빔 광주사장치는 광원에서 피주사면까지 부주사방향 횡배율(M)이 8.5≤M≤9.5의 조건을 만족하도록 함으로써, 상대적으로 낮은 파워의 광원을 사용할 수 있어 제조 코스트를 감소하는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 멀티빔 광주사장치는 광원측 광학계중 콜리메이터 렌즈의 초점거리를 감소시킴으로써 광원의 사용효율을 증가 시킬수 있다.

또한, 본 발명의 멀티빔 광주사장치는 광 편향기에서 피주면까지의 부주사방향 횡배율(M2)이 0.5≤M2≤2의 조건을 만족하도록 함으로써 피주사면상의 피치변동을 최소화하도록 할 수 있다.

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 (6)

1. 복수의 광원; 상기 광원으로부터 방출된 복수의 레이저 빔을 편향시키기 위한 광 편향기; 상기 광원으로부터 방출된 레이저 빔을 평행하게 하거나 수렴하는 콜리메이터 렌즈, 및 상기 콜리메이터 렌즈를 통과한 레이저 빔을 선형형상으로 결상하는 실린더 렌즈를 포함하고, 상기 광원에서 방출된 복수의 레이저 빔을 상기 광 편향기로 안내하는 광원측 광학계; 및 상기 광원측 광학계에서 출사된 레이저 빔을 피주사면에 결상하는 주사 광학계를 포함하는 멀티빔 광주사장치에 있어서,

   상기 콜리메이터 렌즈는, 상기 실린더 렌즈의 초점거리보다 작은 약8.5mm의 초점거리를 가지며;

   상기 광원측 광학계와 상기 주사광학계는 다음 조건을 만족하는 부주사방향 합성 횡배율(M)을 갖는 것을 특징으로 하는 멀티빔 광주사장치.

   M=9.0
2. 제 1 항에 있어서, 상기 주사 광학계는 다음 조건을 만족하는 부주사방향 횡배율(M2)을 갖는 것을 특징으로 하는 멀티빔 광주사장치.

   0.5≤M2≤2.0
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서, 상기 광원은 발광점을 갖는 복수의 LD 발광부를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티빔 광주사장치.