KR100485315B1 - 주사형 광학장치와 이를 이용한 화상형성장치 - Google Patents

주사형 광학장치와 이를 이용한 화상형성장치 Download PDF

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Abstract

단일렌즈에 의해 형성되는 주사형 광학소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사형 광학장치 및 이를 이용한 화상형성장치가 개시되어 있다.
광축위에 부주사 방향으로 큰 굴절력을 가지는 상기 단일 렌즈의 두 광학면 중에 소정의 한 쪽 면에 대해서, 상기 단일렌즈의 광학면의 형상은, φp가 상기 광축위의 부주사 방향으로 상기 단일렌즈의 굴절력이고, Φm이 축과 가장 반대쪽에 있는 배축 지점에서, 상기 부주사 방향으로 상기 단일렌즈의 굴절력이고, Φpx가 광축위의 부주사 방향으로 상기 단일렌즈의 소정의 광학면에서의 굴절력이고, Φmx가 축과 가장 반대쪽에 있는 배축에서, 부주사 방향으로 상기 단일렌즈의 소정의 광학면에서의 굴절력이면,
0.9 ≤ Φm / Φp ≤ Φmx / Φpx = 1.0 ≤ 1.1Φm / Φp
의 관계를 만족하도록 결정된다.

Description

주사형 광학장치와 이를 이용한 화상형성장치{SCANNING OPTICAL DEVICE AND IMAGE FORMING APPARATUS USING THE SAME}
본 발명은 주사형 광학장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 편향하는 소자에 의해 편향된 광원 수단으로부터 방출된 광속과, 특성fθ를 가지는 촬상소자를 통해 편향된 광속으로 광학적으로 주사되는 피주면과, 이에 의해 그곳에 화상의 위치정보가 기록되는 주사형 광학장치에 관한 것이다.
본 발명의 상기 주사형 광학장치는 예를 들면, 특히 전자사진공정을 가지는 레이저 빔 프린터, 디지털복사기, 또는 다기능 프린터 등에 적합하게 사용될 수 있다.
종래에는, 예를 들면, 레이저 빔 프린터용 주사형 광학장치에서, 광원 수단으로부터 방출된 광속이 화상위치 신호에 따라서 변조된다. 상기 변조된 광속은 예를 들면, 다면경을 포함하는 광편향기에 의해 주기적으로 편향된다. 다음에, 특성 fθ를 가지는 화상광학계에 의해 감광성을 가지는 기록매체의 표면에 상기 편향된 광을 광스폿으로 집속시켜서, 상기 같은 광을 광학적으로 주사하고, 이에 의해 화상기록을 행한다.
도 18은 종래의 주사형 광학장치의 개략도이다. 도 8에서, 광원수단(1)으로부터 방출되는 발산하는 광속이 시준기 렌즈(2)(collimator lens)에 의해 실질상 평행한 광으로 변형시키게 된다. 조리개(3)에 의해 규제된 후에, 상기 광속은 원통형렌즈(4)에 입사한다. 상기 원통형렌즈에 입사된 상기 평행광에 관하여는, 주주사면에 대해서, 상기 광이 그대로 직접 방출되는 반면에, 부주사면에 대해서는 상기 광은 집속된다. 그 결과, 상기 광은 대략 선형화상으로서, 광편향기(다면경)(5)의 반사면에 화상을 비추게 된다. 상기 광편향기에 의해 반사적으로 편향된 상기 광은 피주사면(8)에 특성 fθ를 가지는 주사형 광학장치에 의해 정해진다. 화살표 방향으로 상기 광편향기(5)를 회전시킴으로써, 상기 표면(8)은 광으로 주사된다.
이와 같은 화상위치정보의 고정밀기록용 주사형 광학장치에서는, 다음과 같이 만족해야할 요구사항이 있다.
1) 필드의 곡률이 피주사면 전체에 걸쳐서 보정이 만족스럽게 되어야 한다.
2) 속도의 균일성을 수반한 왜곡 특성(fθ특성)은 상기 주사각 θ와 상기 화상 높이 Y의 사이에서 유지되어야 한다.
3) 화상면의 스폿경은 상이한 화상높이에 대하여 균일하여야 한다.
이러한 광 특성 또는 보정광학계(주사형 광학소자)을 만족하는 주사형 광학장치를 제공하기 위한 많은 것들이 제안되고 있다.
한편, 주사형 광학장치와 관련하여 레이저 빔 프린터나 디지털복사기의 크기나 가격에서의 저감을 대처하기 위해서 마찬가지의 요구사항이 있다. 이러한 요구사항을 만족시키는 구성의 예로서, 일본국 특개평 4-50908호 공보 및 동 9-33850호 공보에는 단일소자에 의해 구성되는 주사형 광학소자인 주사형 광학계를 제안하고 있다.
일본국 특개평 4-50908호 공보에는, 고차수의 비구면이 주주사 방향에 대하여 수차특성을 상대적으로 만족스럽게 보정하기 위해서 주사형 광학소자에서 사용되고 있다. 그러나, 부(2차)주사 방향에 대해서 상기 광편향기와 상기 피주사면 사이의 배율이 일정하지 않기 때문에, 상기 부주사 방향으로 상기 스폿경은 상 높이와 함께 변화할 수 있다.
한편, 일본국 특개평 9-33850호 공보에는 상기 렌즈면중의 적어도 두 면에 대해서는 주주사 방향의 상기 곡률과 독립적으로, 주주사 방향과 화상유효 영역에서 상기 부주사 방향의 상기 곡률이 연속적으로 변화하도록 배치된 주사형 광학소자를 가지는 주사형 광학장치를 개시하고 있다. 따라서, 상기 부주사 방향의 주 면의 상기 위치는 상이한 상의 높이에서 상기 부주사 배율을 일정하게 하기 위해 두면을 벤딩함으로써 제어되고, 이에의해 상기 스폿경을 일정하게 할 수 있다.
그러나, 이 제안에서는, 상기 부주사 배율을 일정하게 하기 위해서는, 상기 배율을 일정하게 하는 상기 주된 면의 상기 위치결정을 제어 할 수 있도록 적어도 두 개의 면이 벤딩 된다. 이와 같이, 주주사 방항과 부주사 방향의 상기 형상은 서로 완전히 독립적으로 결정된다. 따라서, 다스의 경우에, 상기 렌즈의 두께를 작게 유지하기 위해서는, 주주사 방향의 상기 렌즈의 형상이 상대적으로 큰 비구면을 포함한다.
상기 설명한 바와 같이, 주주사 방향의 큰 비구면을 가지는 렌즈때문에, 각 렌즈의 배치 및 렌즈자체의 오차에 의해 광학성능이 상당히 저하될 수 있다. 특히, 광학성능의 저하에 관하여는, 주사선 높이의 왜곡이나 주사선 경사와 대조하여, 거울 등의 조정에 의해 보정될 수 없고, 상기 장치의 주요 조립뭉치를 배치 할 수 없기 때문에, 부주사 방향으로 주사선의 상기 곡률이 심각한 문제를 야기한다. 이를 고려하여, 상기 주사선 곡률을 최소화하기 위해서, 각 렌즈면 및 상기 렌즈자체는 설계값에 의해 매우 정밀하고, 정확하게 배치되어야 한다. 또는, 설계된 바와 같이 정확하게 상기 배치를 조정하기 위해서는 렌즈용 조정 기구를 부가하여야 한다. 광학 주사장치를 각기 구비한 4개의 감광성부재(감광성 드럼)가 사용되고, 또한 잠상이 레이저 광의 사용으로 생성되는 동안, Y(황색), M(마젠타), C(시안) 및 Bk(흑색)의 4종류 컬러의 화상은 각각 대응하는 감광성부재의 면에 형성되는 컬러화상장치에 관하여는, 각각의 상기 감광성부재에 형성된 4 종류의 컬러(Y,M,C,K)의 상기 화상은 용지 등의 전사재에 서로 중첩시켜야 한다. 따라서, 상기 4가지 감광성부재에 대응하는 상기 주사장치의 상기 주사선이 각각, 곡면을 가지는 경우, 상기 전사재에 형성된 화상으로 컬러 불일치를 야기하는 상기 4종류 컬러의 상기 주사선 형상으로 오차가 발생한다. 이에 의해 상기 화상성능의 상당한 저하를 초래한다.
도 19에는 상기 언급한 일본 특허 출원에서 도시된 실시예의 구성에서 주사형 광학소자 및 광학면이 상기 주주사 방향에 수직하는 방향으로 50미크론만큼 편향되는 피주사면 위의 주사선의 이동량을 예시한다. 광학면의 편향에 의해 주사선 곡률이 크게 만들어지고, 고품질 화상을 얻기 위해서, 상기 배치 정밀도를 향상시켜야 하고, 편차조정이 요구된다는 것을 상기 도면으로부터 알 수 있다.
도 19에는, 곡선 R1 은 상기 부주사 방향으로 fθ렌즈(6)의 광입사면 만이 어긋난 주사선 곡률의 양을 나타낸다. 곡선 R2 는 fθ렌즈(6)의 광출사면만이 어긋난 주사선 곡률의 양을 나타낸다. 블럭곡선은 상기 fθ렌즈(6)의 상기 광입사면 및 상기 광출사면이 모두 어긋난 주사선 곡률의 양을 나타낸다.
본 발명의 제 1 목적은 몰드된 렌즈에 있어서, 광입사 면에 대해서, 몰딩 등의 불충분한 정밀도로 인해 Z방향(부주사 방향)으로 광출사 면의 어긋남을 생성하는 경우에도, 주사렌즈의 각 면에서의 상기 부주사 배율을 대략 일정하게 유지할 수 있으므로, 상기 부주사방향의 상기 어긋남에 의한 상기 피주사 면에서의 주사선의 곡률을 회피 할 수 있는,주사형 광학장치 및 이를 이용한 화상형성장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 제 2 목적은 필드 곡률 특성, 정속주사를 위한 fθ특성 및 광학계의 특성인 파면수차를 부가적으로 만족스럽게 보정할 수 있고, 주사형 광학소자에 설치된 적절한 형상을 통하여, 몰드된 렌즈의 배치 오차로 인한 주사선의 곡률을 최소화하는 주사형 광학장치 및 이를 이용한 화상형성장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 상기목적, 기타 목적, 특징, 및 이점은 첨부도면에 관련하여 취한 본 발명의 바람직한 실시예의 이하 설명을 고려하면 한 층 더 명백해 질 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예는 첨부된 도면을 참조하면서 설명한다.
[제 1 실시예]
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 주주사 방향의 주사형 광학장치의 단면도이다. 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 부주사 방향의 주사형 광학장치의 단면도이다.
본 실시예는 몰딩공정에 의해 몰드된 플라스틱렌즈인 단일렌즈를 사용한다. 그러나, 몰드된 렌즈로 하는 한, 또한, 본 발명은 유리 몰드렌즈를 적용할 수 있다.
도면번호 (1)은 예를 들면, 반도체레이저를 구성하는 광원수단이다. 도면 번호 (2)는 시준기 렌즈(collimator lens)이고, 도면번호 (3)은 상기 광의 흐름(광량)을 규제하는 조리개이다. 도면번호(4) 는 원통형 렌즈이다.
도면번호 (5)는 예를 들면, 모터 등의 구동수단에 의해 화살표 방향으로 회전되는 다면경을 포함하는 광편향기이다. 도면번호 (61)은 fθ특성을 가지는 주사형 광학소자이고, 본 실시예에서는 단일렌즈로 구성된다. 도면번호 (8)은 피주사면인 감광성 드럼이다.
상기 반도체레이저(광원수단)(1)으로부터 방출된 발산된 광속은 상기 시준기 렌즈(2)에 의해 대략 평행한 광으로 변환된다. 상기 광량이 상기 조리개(3)에 의해 규제되면서, 이 광속은 상기 원통형렌즈(4)에 입사한다. 상기 주주사 방향에 관하여는, 상기 광속이 상기 다면경(광편향기)(5)에 그대로 직접 입사된다. 한편, 상기 부주사 방향에 관하여는, 상기 광속이 상기 다면경 면의 주위에 상기 원통형 렌즈(4)에 의해 비춰진다. 이와 같이, 상기 다면경(5)위에 입사한 상기광속은 상기 주주사 방향으로, 연장된 선형화상을 형성한다.
상기 다면경(5)에 입사한 상기 광속은 상기 화살표 방향으로 상기 모터에 의해 상기 다면경(5)의 회전으로 상기 주사형 광학소자를 향하여 주사적으로 편향되고, 상기 광속은 fθ특성을 가지는 주사형 광학소자에 입사된다. 상기 주사형 광학소자(61)은 상기 주주사 방향과 상기 부주사방향으로 각각 상이한 굴절력을 가진다. 그것은 상기 피주사 면위에 상기 다면경으로부터 편향된 광속을 비추는 기능을 하고, 또한, 상기 다면경 면의 경사를 보정하는 역할을 한다. 상기면(8)(예를 들면, 감광성 드럼)이 상기 광속을 가지고 광학적으로 주사 돠도록 하여 피주사면 위에 상기 주사형 광학소자에 입사한 광속을 비춘다.
본 실시예에서는, 굴절면의 상기 형상이 다음과 같은 구성의 표현식으로 나타낼 수 있다.
광축과의 교점을 원점으로, 상기 광축방향을 x축으로, 상기 주주사면 내에서 상기 광축에 직각인 축을 y축으로 상기 부주사면 내에서 상기 광축에 직각인 축을 z축으로 취하면, 상기 주주사 방향에 대응하는 자오선(모선)의 상기 방향은,
R은 상기 광축에 상기 자오선의 곡률 반경이고, K, B4, B6, B8 및 B10 은 비구면 계수이면,
x = { ( Y2 / R ) / [( 1 + ( 1- 1 + K ) (Y/R)2)1/2]}
+ B4 Y4 + B6 Y6 + B8 Y8 + B10 Y10
로 주어진다.
상기 부주사 방향( 상기 광축을 포함하고, 상기 주주사 반향에 직각인 방향)에 대응하는 세지털(sagittal)선의 방향은
r0 가 상기 광축의 세지털 선의 곡률이고, D2, D4, D6 ,D8 및 D10 가 계수이면,
S = ( Z2 / r') / [ 1 + (1 - ( z2 / r')2 ) 1/2 ]
r'= r0 ( 1 + D2 Y2 + D4 Y4 + D6 Y6 + D8 Y8 + D10 Y10 )
로 주어진다.
상기 광축에서 떨어진 상기 세지털 선의 곡률반경 r'는 각 위치에서의 상기 자오선에 수직인선을 포함하고, 상기 주주사 면에 수직인 면에 정의된다. 또한, 상기 구성의 표현식의 상기 다항식은 10차까지의 함수로 표현되고, 상기 차수는 이보다 높거나, 낮을 수 있다.
지금까지 서술된 상기 문제점을 해결하기 위해서는, 본 발명의 본 실시예에 의한 주사형 광학소자는 다음의 3가지 기능이 제공된다.
a)부주사 필드 곡률 및 면 경사의 보정:
상기 다면경 반사면에 인접한 선형화상은 상기 피주사면에 인접하여 다시 비추어지고, 상기 화상유효 영역에서 상기 부주사 방향의 필드의 곡률이 보정된다. 또한, 상기 다면경의 경사가 보정된다.
b)상기 유효영역에서, 상기 주사형 광학소자의 상기 부주사 배율을 일정하게 형성하기:
상기 부주사 방향의 상기 주사형 광학소자의 촬상배율(앞으로는 " 부주사 배율"이라 칭함)은 상기 피주사면에 입사한 상기 광속의 상기 부주사 방향(Fno)이 일정하게 됨으로써 유효영역에서 대체로 일정하게 된다. 또한, 다중빔 주사형 광학소자에서는, 주사선에 인접하는 간격이 일정해 진다. 주사형 광학소자의 현재 실제적인 관점으로부터, 상기 화상유효영역에서 상기 부주사방향의 화상배율의 차이가 10% 이하를 유지해야하며, 더욱 바람직하게는 5% 이하를 유지해야한다.
또한, 전체로서 상기 주상형 광학장치가 광학케이스(배럴)에 조립되는 렌즈의 오차나 렌즈 생산 자체의 오차에 의해 상기 주주사면에 수직방향(앞으로 "Z 방향"이라 칭함)으로 편향되는 경우에 일단, 상기 주사형 광학소자의 부주사 배율이 대략 일정하게 된 다음에, 상기 어긋남에 의한 주사선의 곡률이 회피 될 수 있도록 상기 피주사면에 상기 주사선이 균일하게 이동 될 수 있다.
c) 상기 화상유효영역에서 상기 주상형 광학소자의 각 광학면의 상기 부주사 배율을 일정하게 형성하기:
몰드된 렌즈에서 광입사면에 대하여 광출사면의 Z방향 편향이 발생할 경우에, 상기 주사렌즈의 각 광학면에서 상기 부주사 배율이 대체로 일정하게 된 다음에, 상기 편향에 의해 피주사면에서 주사선의 곡률이 마찬가지로, 회피 될 수 있다. 특히, 상기 광축의 부주사 방향으로 큰 굴절력을 가지는 면이 편향에 높은 민감성을 보이기 때문에, 상기 광축의 부주사 배율을 일정하게 형성하는 것이 필수적이다.
주사형 광학소자의 현재 실제적인 관점으로부터, 상기 화상유효영역내에 상기 광축의 상기 부주사 방향으로 큰 굴절력을 가지는 광학면 등에서 상기 부주사방향 화상배율(부주사 배율)의 차이가 10% 이하를 유지해야하며, 더욱 바람직하게는 5% 이하를 유지해야한다. 여기서, 광학 면에서 상기 부주사 배율은 광학면에 대해서 물체거리와 상거리 사이의 비율로 나타나는 스케일이다. 또한, 그것은 상기 광학면이 상기 Z방향으로 어긋남으로써, 단위양 당, 상기 피주사면의 광입사 위치결정의 변화의 총량에 상당하는 양이다.
상기 스케일 대신에, 상기 부주사 방향으로 상기 광축의 큰 굴절력을 가짐으로써, 상기 부주사 방향으로 상기 주사형 광학소자의 상기 굴절력 비를 이러한 광학 면(x 면)에서 일정하게 할 수 있다. 그러한 경우에, 다음의 조건이 만족되어야 한다.
0.9 φm / φp ≤ φmx / φpx ≤ 1.1 φm / φp ----(1)
상기 부주사 방향으로 3차 광학소자의 상기 굴절력은 φp(축), φm(배축에 가장 가까운 곳)이고 상기 부주사 방향으로 상기 x 면에서 동일 광학소자의 상기 굴절력은 φpx(축), φmx(배축에 가장 가까운 곳)이다. 여기서, φm 과 φmx에 대해서는, 상기 부주사 방향으로 상기 굴절력이 고려 되어야 한다. 예를 들면, 그것은 다음과 같이 계산된다.
φmx = ( ni cosθi - n0 cosθo ) / r
여기서, n0 는 물체 측 굴절률이고, ni 는 상측 굴절률이고, θo 는 물체 측 입사각이고, θi 는 상 측 입사각이다.
본 발명에 의하면, 상기한 것을 구체화하기 위한 특정한 절차로서, 상기 주사형 광학소자가 단일렌즈에 의해서 준비되고, 상기 설명한 3가지 항목 a), b) 및 c)가 다음의 요점을 만족시킴으로써 달성된다.
1) 상기 주주사 방향으로 상기 주사형 광학소자의 광출사면의 상기 형상은 화상유효영역에서 상기 부주사 배율이 대략 일정하게 되도록 결정된다.
2) 상기 부주사 방향으로 대부분의 상기 굴절력이 상기 주사형 광학소자의 상기 광출사면에 주어진다.
3) 상기 부주사 방향으로 상기 주사형 광학소자의 광출사면의 상기 곡률은 축 지점으로부터 배축 지점까지 일정하게 변화한다.
상기 부주사 배율 상수를 만들기 위한 주주사 형상은 도 3에 도시된바와 같이, 상기 다면경 면(편향면)으로부터 상기 주사형 광학소자의 상기 광출사 면까지 공기 중에서 환산한 거리(렌즈내부에, "실제거리"/"굴절률") P1 또는 M1 과 상기 화상유효영역 내에서 대략 일정한 상기 광출사 면으로부터 상기 피주사면까지 거리 P2 또는 M2 사이의 상기 비율을 효과적으로 형성하도록 하는 형상이다. 그것은 상기 편향측에서 곡률 중심을 가지는 대략 원형상의 광학면이 될 수 있다. 그 광학면에서 상기 부주사 방향으로 대부분의 모든 굴절력을 배치함으로써, 상기 화상유효영역 내에서 상기 광학 소자의 상기 부주사 배율이 대략 일정하게 될 수 있다. 또한, 상기 출사면에서 상기 부주사 배율이 대략 일정하게 된다. 주사형 광학소자의 현재 실제적인 관점에서 볼 때, 상기 다면경 면(편향면)으로부터 상기 주사형 광학소자의 상기 광출사면 까지 공기 중에서 환산한 거리와 상기 광출사면으로부터 상기 피주사면 까지 거리 사이의 상기 변화량은 10%이하를 유지해야 하고, 더욱 바람직하게는 5%이하를 유지해야 한다.
이에 의해, 상기 부주사 방향으로 상기 주사형 광학소자(61)의 굴절력이 상기 광출사면에 집중되고, 또한 상기 주주사 방향으로 상기 광축으로부터 멀어짐에 따라서 세지털(sagittal)선의 곡률이 계속적으로 변화하는 구성을 사용함으로써, 부주사 방향으로의 필드의 곡률과 상기 부주사 배율 의 양자가 상기 면(8)의 전체 주사 유효영역에 걸쳐서 균일하게 될 수 있다. 그것들은 동시에 보정이 만족스럽게 된다.
여기서, 상기 다면경(5) 면위에 회전중심의 부재 때문에 발생될 수 있는 상기 편향면의 진동에 관해서는, 그 양이 매우 미미하므로, 무시할 수 있다.
상기 주사선 곡률의 민감도를 감소시키기 위해서는, 상기 부주사 방향으로 상기 화상광학계의 굴절력이 단일 렌즈의 한쪽 면에 집중되는 것이 바람직하다. 상기 부주사 방향으로 상기 굴절력이 복수의 광학소자 또는 복수의 광학면에 의해 공유되는 경우에, 각각 광학소자의 배치의 오차에 의해 발생되는 상기 주사선 곡률이 합성될 뿐만 아니라, 상기 광편향기 측에서 배치된 광학소자에 의해 발생된 주사선 곡률이 상기 피주사면에서 배치된 광학소자의 배치의 오차에 의해 증폭 될 수 도 있다. 이를 고려하여, 상기 주사선의 민감도를 저감하기 위해서는 상기 단일렌즈에 의해서 화상 광학계를 형성하고, 상기 단일 렌즈의 한쪽 면에서 상기 부주사 방향으로 굴절력을 대략적으로 집중시키는 것이 최상의 방법이 될 것이다. 주사형 광학장치로서 실제적인 관점으로부터, 단일렌즈의 모든 상기 부주사 굴절력에 대해서, 부주사 방향으로 굴절력 집중의 레벨에 관하여는, 90% 이상이어야 하고, 바람직하게는 95% 이상이어야 한다.
도 4는 본실시예의 설계 데이터를 나타낸다.
본 실시예에는, 상기 주사형 광학소자(61)는 상기 주주사 방향으로 비구면 형상으로 형성된 광입사면을 가지고, 또한, 상기 부주사 방향으로 평탄한 면을 가지는 원통형 면으로 형성된다. 상기 광출사면은 상기 주주사방향으로 원형상으로 형성되고, 또한 부주사 방향으로 상기 주주사 방향의 형상과 상이한 원 형상과 주주사 방향에 따라서 변화하는 곡률을 가진 변형의 원환체 면으로 형성된다.
상기 화상 유효영역 내에서 상기 부주사 배율이 실질적으로 일정하게 되도록 상기 설명한 항목 1)에 따라서, 상기 광출사면의 주주사 형상이 결정된다. 또한, 부주사방향의 굴절력은 상기 광출사면에서 집중된다.
광축위에 상기 부주사 방향의 가장 큰 상기 광출사 면에서 상기 주사형 광학소자의 상기 부주사 방향의 총굴절력은 하기 표 1에 나타낸 바와 같으며, 조건식(1)을 만족시킨다.
광출사면 주사형 광학소자
축 : Φpx 2.22 E-2 Φp 2.22 E-2
축에 가장 가까운 곳 : Φmx 1.94 E-4 Φm 1.94 E-2
굴절력 비 : Φpx/Φmx 0.874 Φp/Φm 0.874
본 발명의 상기 주사형 광학소자에서, 상기 다면경(5a)의 상기 편향면으로부터 상기 광축을 따라서 상기 주사형 광학소자의 상기 광출사면까지 공기중에서 환산한 상기 거리(렌즈 내부에서, "실제거리" / " 굴절률") La0 = 63.193mm 이다. 상기 주사형 광학소자(61)의 상기 광출사면(61b)로부터 상기 피주사면(8)까지의 거리 Lb0 = 147.283mm 이다. 상기 축으로부터 떨어진 상기 다면경의 상기 편형면(5a)으로부터 상기 주상형 광학소자(61)의 상기 광출사면(61b)까지 거리 Laθ= 72.843mm이다. 상기 주상형 광학소자(61)의 상기 광출사 면(61b)으로부터 상기 피주사면(8)까지 거리 Lbθ= 170.742mm 이다. 그것은 다음 식과 같다:
( Lbθ / Laθ) = 1.0057 x ( Lbo / Lao ) ---- a)
이와 같이, 상기 면(61a) 및 (61b)( 특히, 상기 광출사면(61b))의 주주사 방향 형상(자오선 형상)은 다음 식을 만족하도록 결정된다.
0.9 x (Lb0 / La0) ≤(Lbθ / Laθ) ≤ 1.1 x (Lb0 / La0) ----- b)
배축에 가장 가까운 부분이 주사될 때에, 상기 입사광의 상기 편향면(5a)과 주 광선 사이의 교차지점이 X 및 Y 좌표계의 원점으로 취하면서, 계산을 행한다.
상기 부주사 방향으로 Fno 의 상기 비율은
Fmin / Fmax = 0.982 ≥0.9
로 주어지고, 일정한 부주사 배율을 형성하는 조건이 만족되는 것을 알 수 있다.
상기 설명한 화상광학계 의 광학통로 길이는 L 이고, 그 초점거리는 f 이면, 다음의 관계가 이루어진다:
1.35f ≤L = 1.45 ≤1.55f
상기 주주사 방향으로 상기 광출사면의 형상은, 상기 부주사 배율을 일정하게 하도록 결정되고, 또한, 상기 주주사 방향으로 필드의 곡률과 f??특성을 만족스럽게 보정 하는 것이 효과적인 상기 광로 길이와 상기 초점거리 사이의 관계가 만족된다.
상기 부주사 방향으로 상기 설명한 화상 광학계의 계 전체의 굴절력이 ??s이고, 상기 부주사 방향으로 상기 광출사면(제 2면)의 굴절력이 ??s2이면,다음 관계식이 성립한다.
0.9 ≤Φs2 /Φs = 1.0 ≤ 1.1
상기 광출사면에서 상기 부주사 방향으로 상기 굴절력의 집중에 의해, 배치에 대한 상기 주사선 곡률 민감도가 낮은 계를 제공하는 것이 확보 된다.
도 5a 내지 5c는 본 실시예에서의 주사형 광학소자의 기하학적 수차와 부주사 배율 차이를 도시하고, 이들은 만족스럽게 보정 되는 것을 알 수 있다. 상기 화상유효영역 내에서 상기 부주사 배율의 차이는 :
광입사면에서는 0 %(평면)이고
광출사면에서 : 1.4 % 이다.
따라서, 광축위의 부주사 방향으로 상기 굴절력이 최대인 광출사면에서 부주사 배율이 화상유효영역 내에서 대략 일정하게 된다는 것을 알 수 있다.
도 6은 본 실사예에서, 상기 주사형 광학소자 전체와 각 광학면이 어긋남량 50미크론만큼 Z방향으로 어긋나는 상기 피주사면 위에 주사선(Z방향으로)의 이동량을 도시한다. 상기 도면으로부터, 상기 어긋남에 의해 광입사 위치를 변위 하지만, 생성된 상기 주사선곡률(곡선)의 양이 매우 적다는 것을 알 수 있다.
도 6에는, 곡선 R1은 상기 fθ렌즈(61)의 상기 광입사면 만이 어긋나는 주사선 곡률의 양을 나타낸다. 곡선 R2는 상기 fθ렌즈(61)의 상기 광출사면 만이 어긋나는 주사선 곡률의 양을 나타낸다. 블럭 곡선은 상기 fθ렌즈(61)의 상기 광입사면 및 광출사면의 양자가 어긋나는 주사선 곡률의 양을 나타낸다.
즉, 전체 주사렌즈가 광학 케이스에 대해서 렌즈조립의 오차 또는 렌즈 생산 자체의 오차에 의해 상기 주사면에 수직인 방향(Z방향)으로 어긋나는 경우에도, 상기 주사렌즈의 부주사 배율이대체로 일정하게 된 다음에, 상기 피주사면 위에 주사선은 상기 편향에 의해 주사선의 곡률이 회피 될 수 있도록 균일하게 이동 될 수 있는 것을 도 6에 도시된 결과로부터, 알 수 있다.
또한, 도 6으로부터 특히 몰드된 렌즈에서는, 몰딩의 불충분한 정밀도에 의해 광입사면에 대해서, 광출사면의 Z방향의 어긋남이 발생하는 상기 주사렌즈의 각 광학면에서 상기 부주사 배율이 대체로 일정하게 된 다음에, 상기 어긋남에 의해 부주사 방향으로 상기 피주사 면에서 마찬가지로 주사선의 곡률이 회피 될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 설명한 바와 같이, 주사형 광학소자는 원통형 면을 가지는 단일렌즈와 변형된 원환체 면으로 구성되고, 상기 주사형 광학소자의 부주사 배율과 각각의 광학면의 배율이 상기 화상유효영역 내에서 일정하게 된다. 상기 배치에 의해, 배치오차 또는 생산오차에 의해 상기 주사형 광학소자의 전체적인 어긋남 또는 각각 의 광학면의 어긋남을 발생하는 경우에도, 주사선의 곡률이 회피 될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 실시예는 단일렌즈의 의거하여 저가로 이러한 주사형 광학장치를 달성한다.
[제 2 실시예]
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 주주사 방향으로 주사형 광학장치의 단면도이고, 도 8은 부주사 방향으로 단면도이다. 제 2 실시예는, 다중 빔 레이저가 광원으로서 사용된다는 점과, 주사형 광학장치가 컬러 화상형성장치와 결합된다는 점과, 광입사면의 상기 형상 및 주사형 광학소자의 광출사면이 변화되는 점이 제 1 실시예와 다르다. 상기 나머지 부분은 상기 제 1 실시예와 마찬가지이다.
상기 도면에서 (11)은 다중빔 레이저(광원)이고, 서로 독립적으로 변조된 두 개의 광( 상기 도면에서는 한 개만 예를 들어 설명함)을 동시에 일으킨다. 본 실시예에서, 이 주사형 광학 장치는 도 9에 도시된 바와 같이 컬러 화상형성장치와 결합된다. 보다 상세하게는, 도 9에 도시된 상기 장치는 상이한 컬러의 화상정보를 기록하도록 각각, 복수의 주사형 광학자치로부터의 복수의 광을 대응하는 화상 담지부재로 향하는 컬러 화상형성장치이다.
도 10은 본실시예의 설계 데이터를 예를 들어 설명한다.
본 실시예에서는, 주사형 광학소자(62)는 상기 주주사 방향으로 주사형 광학소자(62)는 비구면 형상으로 형성되는 광입사면을 가지고, 또한 부주사 방향으로 작은 굴절력을 가지는 볼록 원환체 면으로 형성된다. 상기 광출사면에 대하여는, 그것은 상기 주주사 방향 및 부주사 방향으로 비구면 형상으로 형성되고, 상기 주주사 방향과 상이한 원형면을 가지고, 상기 주주사 방향에 의해 변화하는 곡률을 가지는 변형된 원환체 면으로 형성된다.
상기 광출사면의 주주사 형상은 상기 부주사 배율이 상기 화상유효영역 내에서 대략 일정하게 되도록 상기 설명한 항목 1)에 따라서 결정된다. 또한, 상기 부주사 방향으로 상기 굴절력에 관하여는, 적은량이 상기 광입사면에 분포되지만, 상기 굴절력의 대부분을 상기 광출사면에서 집중시킨다. 상기 광입사면측에서의 상기 굴절력 분포는 상기 주사형 광학소자의 굴절력의 10%이하이면 되고, 본 발명의 유리한 효과를 상기 조건에 의해 달성 할 수 있다.
도 11a 내지 11c는 본 실시예에서의 주사형 광학소자의 기하학적 수차와 부주사 배율 차이를 도시하고, 이들은 만족스럽게 보정 되는 것을 알 수 있다.
광축위에 상기 부주사 방향의 가장 큰 상기 광출사 면에서 상기 주사형 광학소자의 상기 부주사 방향의 총굴절력은 하기 표2에 나타낸 바와 같으며, 조건식(1)을 만족시킨다.
광출사면 주사형 광학소자
축 : Φpx 2.52 E-2 Φp 2.71 E-2
축에 가장 가까운 곳 : Φmx 2.06 E-4 Φm 2.32 E-2
굴절력 비 : Φpx/Φmx 0.817 Φp /Φm 0.856
또한, 본실시예서도, 관계식 Lbθ / Laθ = 0.9748 x (Lb0 / La0)을 얻고, 이것은 다음 관계식을 만족 시킨다:
0.9 x (Lb0 / La0) ≤(Lbθ / Laθ) ≤ 1.1 x (Lb0 / La0)
또한, 상기 부주사 방향으로 상기 설명한 화상 광학계의 계 전체의 굴절력이 φs이고, 상기 부주사 방향으로 상기 광출사면(제 2면)의 굴절력이 φs2이면, 다음 관계식이 성립한다:
0.9 ≤ φs2 / φs = 1.0 ≤ 1.1.
도 12은 본 실시예에서, 상기 주사형 광학소자 전체와 각 광학면이 어긋남량 50미크론만큼 Z방향으로 어긋나는 상기 피주사면 위에 주사선(Z방향으로)의 이동량을 도시한다. 상기 도면으로부터, 상기 어긋남에 의해 광입사 위치를 변위 하지만, 생성된 상기 주사선곡률(곡선)의 양이 매우 적다는 것을 알 수 있다.
본 실시예에서, 상기 설명한 바와 같이, 주사형 광학소자는 원통형 면을 가지는 단일렌즈와 왜곡된 원형면으로 구성되고, 상기 주사형 광학소자의 부주사 배율과 각각의 광학면의 배율이 상기 화상유효영역 내에서 일정하게 된다. 상기 배치에 의해, 상기 주사형 광학소자의 대체적인 어긋남 또는 각각 의 광학면의 어긋남을 발생하는 경우에도, 주사선의 곡률이 회피 될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 실시예는 단일렌즈의 의거하여 저가로 이러한 주사형 광학장치를 달성한다.
또한, 본실시예에 특별한 유리한 효과로서, 상기 화상유효영역 내에서 달성된 주사형 광학소자의 일정한 부주사 배율의 결과로, 다중빔으로 사용된 상기 주상형 광학장치의 복수광에 의해 형성된 피주사 면위의 상기 주사선의 간격이 균일하게 될 수 있다. 이와 같이, 고정세의 화상형성 동작을 달성할 수 있는 주사형 광학장치를 제공한다.
또한, 상기 주사형 광학소자의 각 광학면에서 상기 부주사 배율을 균일하게 하는 결과로서, 상기 소자의 제조상 오차 등에 의해 주사선 곡률이 발생되지 않고, 주사선 곡률(곡선)의 조정이 불필요하고, 컬러 불일치가 작은 컬러 화상형성장치를 달성할 수 있다.
[제 3 실시예]
도 13은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 주주사 방향으로 주사형 광학장치의 단면도이고, 도 14는 부주사 방향으로 단면도이다. 제 3 실시예는, 광입사면의 상기 형상 및 주사형 광학소자의 광출사면이 변화되는 점과, 주사형 광학장치가 컬러 화상형성장치와 결합된다는 점이 제 1 실시예와 다르다. 상기 나머지 부분은 상기 제 1 실시예와 마찬가지이다.
도 15은 본실시예의 설계 데이터를 예를 들어 설명한다.
본 실시예에서는, 주사형 광학소자(63)는 상기 주주사 방향으로 주사형 광학소자(63)는 비구면 형상으로 형성되는 광입사면을 가지고, 또한 부주사 방향으로 작은 굴절력을 가지는 볼록 원환체 면으로 형성된다. 상기 광출사면에 대하여는, 그것은 상기 주주사 방향 및 부주사 방향으로 비구면 형상으로 형성되고, 상기 주주사 방향과 상이한 원형면을 가지고, 상기 주주사 방향에 의해 변화하는 곡률을 가지는 변형된 원환체 면으로 형성된다.
광축위에 상기 부주사 방향의 가장 큰 상기 광출사 면에서 상기 주사형 광학소자의 상기 부주사 방향의 총굴절력은 하기 표3에 나타낸 바와 같으며, 조건식(1)을 만족시킨다.
광출사면 주사형 광학소자
축 : Φpx 2.08 E-2 Φp 2.24 E-2
축에 가장 가까운 곳 : Φmx 1.70 E-4 Φm 1.95 E-2
굴절력 비 : Φpx/Φmx 0.817 Φp / Φm 0.871
또한, 본실시예서도, 관계식 Lbθ / Laθ = 1.0057 x (Lb0 / La0 )을 얻고, 이것은 다음 관계식을 만족 시킨다:
0.9 x (Lb0 / La0) ≤(Lbθ / Laθ) ≤ 1.1 x (Lb0 / La0)
또한, 상기 부주사 방향으로 상기 설명한 화상 광학계의 계 전체의 굴절력이 Φs이고, 상기 부주사 방향으로 상기 광출사면(제 2면)의 굴절력이 Φs2이면, 다음 관계식이 성립한다:
0.9 ≤ Φs2 / Φs = 0.929 ≤ 1.1.
상기 화상 유효영역 내에서 상기 부주사 배율이 실질적으로 일정하게 되도록 상기 설명한 항목 1)에 따라서, 상기 광출사면의 주주사 형상이 결정된다. 또한, 상기 부주사 방향으로 상기 굴절력에 관하여는, 굴절력은 상기 광출사면에서 집중시킨다.
본실시예에서, 도 16a 내지 16c는 기하학적 수차와 상기 주사형 광학소자의 부주사 배율 차이를 도시하고, 그것들은 보정이 만족스럽게되는 것을 알 수 있다. 상기 화상유효영역 내에서 상기 부주사 배율의 차이는 :
광입사면에서: 65 %
광출사면에서 : 5.3 % 이다.
따라서, 광축위의 부주사 방향으로 상기 굴절력이 최대인 광출사면에서, 부주사 배율이 화상유효영역 내에서 대략 일정하게 된다는 것을 알 수 있다. 상기 광입사면에 할당된 굴절력이 매우 작고, 또한 그 표면의 어긋남에 의해 주사선 자체의 이동량이 작기 때문에 상기 광입사면에서 부주사 배율의 큰 차이가 불편을 초래하지 않는다는 것을 유의하여야 한다. 상기 광입사면 측에서의 상기 굴절력 분포는 상기 주사형 광학소자의 굴절력의 10%이하이면 되고, 본 발명의 유리한 효과를 상기 조건에 의해 달성 할 수 있다.
도 17은 본 실시예에서, 상기 주사형 광학소자 전체와 각 광학면이 어긋남량 50미크론만큼 Z방향으로 어긋나는 상기 피주사면 위에 주사선(Z방향으로)의 이동량을 도시한다. 상기 도면으로부터, 상기 어긋남에 의해 광입사 위치를 변위 하지만, 생성된 상기 주사선곡률(곡선)의 양이 매우 적다는 것을 알 수 있다.
[제 4 실시예]
도 21은 주주사 방향으로, 본 발명의 제 4 실시예에 의한 광학 주사장치의 주요부의 단면도(주주사 단면)이다. 도 22는 부주사 방향으로, 도 21의 단면도(부주사 단면)이다.
상기 주사형 광학소자의 제 1면이 상기 주주사 방향으로, 아치형상을 가지는 것과, 제 2면이 비구면을 가진다는 것이 제 4실시예와 제 1실시예가 상이한 것이다. 상기 주주사 방향의 형상이 제 1 실시에의 형상과 상이하지만, 양호한 수차특성이 달성되고, 충분한 촬상특성이 보장된다.
도 23은 상기 주사형 광학소자(64)의 비구면계수와 기타 특성을 예시한다.
도 24는 본 실시예의 상기 주사형 광학소자(64)를 통과하는 상기 주광선의 좌표계와 상기 편향면(5a)으로부터 개별 면까지 광선거리를 도시한다.
상기 주사형 광학소자의 상기 부주사 방향에서 또한 광축위의 부주사 방향으로 굴절력이 최대인 상기 광출사면에서 총굴절력은 아래 표 4와 같이 나타난다.
광출사면 주사형 광학소자
축 : Φpx 2.13 E-2 Φp 2.13 E-2
축에 가장 가까운 곳 : Φmx 1.87 E-4 Φm 1.87 E-2
굴절력 비 : Φpx/Φmx 0.878 Φp / Φm 0.871
본 발명의 상기 주사형 광학소자에서, 상기 다면경(5a)의 상기 편향면으로부터 상기 광축을 따라서 상기 주사형 광학소자의 상기 광출사면까지 공기중에서 환산한 상기 거리(렌즈 내부에서, "실제거리" / " 굴절률") La0 = 67.288mm 이다. 상기 주사형 광학소자(64)의 상기 광출사면(64b)로부터 상기 피주사면(8)까지 거리 Lb0 = 147.187mm 이다. 상기 축으로부터 떨어진 상기 다면경의 상기 편형면(5a)으로부터 상기 주상형 광학소자(64)의 상기 광출사면(64b)까지 거리 Laθ = 77.094mm 이다. 상기 주상형 광학소자(64)의 상기 광출사 면(64b)으로부터 상기 피주사면(8)까지 거리 Lbθ = 171.095mm 이다. 그것은 다음 식과 같다:
( Lbθ / Laθ ) = 1.0145 x ( Lb0 / La0 ) ---- a)
따라서, 상기 면(64a) 및 (64b)( 특히, 상기 광출사면(64b))의 주주사 방향 형상(자오선 형상)은 다음 식을 만족하도록 결정된다.
0.9 x (Lb0 / La0) ≤(Lbθ / Laθ) ≤ 1.1 x (Lb0 / La0) ----- b)
도 25a 내지 25c는 본 실시예에 의한 광주사장치의 근축수차(필드 곡률, 왜곡, 부주사 배율차)를 예를 들어 설명한다. 곡률의 필드에서 직선은 부주사 방향을 나타내고, 파선은 주주사 방향을 나타낸다. 본 실시예에서, 근축수차가 보정이 만족스럽게되고, 초미세 인쇄용에 적합한 광주사장치가 달성된다는 것을 이들의 수차의 예시로부터 알 수 있다.
부주사 방향의 Fno의 상기 비율은
Fmin / Fmax = 1 ≥0.9
로 주어지고, 일정한 부주사 배율을 형성하는 조건이 만족되는 것을 알 수 있다.
상기 설명한 촬상광학계 의 광학통로 길이는 L 이고, 그로부터 초점거리는 f 이고, 다음의 관계가 이루어진다:
1.35f ≤L = 1.48 ≤1.55f
주주사 방향으로 광출사면의 형상은, 상기 부주사 배율을 일정하게 하도록 결정되고, 또한, 상기 주주사 방향으로 필드의 상기 곡률을 효과적으로 만족스럽게 보정할 수 있는 상기 광로 길이와 상기 초점거리 사이의 관계가 만족된다.
부주사 방향으로 주사형 광학소자의 계 전체의 굴절력이 Φs이고, 상기 부주사 방향으로 광출사면(제 2면)의 굴절력이 Φs2이면, 다음 관계식이 성립한다.
0.9 ≤ Φs2 / Φs = 1.0 ≤ 1.1
광출사면에서 부주사 방향으로 상기 굴절력이 집중함으로써, 배치에 대하여 주사선 곡률 민감도가 낮은 계를 제공하는 것이 확보된다.
여기서, 부주사 단면 내에서, 광축과 직교한 Z축 방향으로 주사형 광학소자(64)를 이동하는 경우의 주사선 곡률의 예시는 생략되어 있다. 대략 주사선 곡률이 도 6과 같이, 형성되지 않고, 상기 장치에서 고려되는 레벨에 도달하지 않는다는 것을 유의하여야 한다.
도 20은 부주사 방향으로, 본 발명의 실시예에 의한 화상형성장치의 주요부의 개략도이다. 상기 도면에서 (104)는 통상의 화상형성장치이다. 퍼스널 컴퓨터 등의 외부장치(117)로부터 코드데이터(Dc)를 본 화상형성장치(104)에 적용한다. 상기 코드 데이터는 상기 장치의 내부에 프린터 콘트롤러(111)에 의해 화상위치 데이터(도트 데이터)로 변환된다. 상기 화상위치 데이터(Di)는 이전의 모든 실시예에서 설명된 바와 같은 구조를 가지는 주사형 광학장치(100)에 입력된다. 주사형 광학장치(100)는 상기 화상위치 데이터(Di)에 의해 변조되는 광속(103)을 방출한다. 감광성 드럼(101)의 감광 면이 상기 광속(103)에 의해서 상기 주주사 방향으로 주사된다.
정전잠상 담지부재인 상기 감광성 드럼(101)이 시계방향으로 모터(115)에 의해 회전된다. 이 회전에 의해, 상기 감광성 드럼의 감광면이 상기 주주사 방향에 수직인 상기 부주사 방향으로 이동된다. 상기 드럼 면을 균일하게 대전하기 위해 상기 감광성 드럼(101) 면에 면이 접촉하도록 장착된 대전롤러(102)를 상기 감광성 드럼 위에 배치한다. 상기 대전롤러(102)에 의해 대전되어 있는 상기 감광성 드럼(101)의 면이 상기 주사형 광학장치(100)에 의해 주사적으로 편향되면서, 상기 주사 광속에 조사된다.
지금까지 설명한 바와 같이, 정전잠상이 발생되도록 상기 감광성드럼(101)면 위에 이 광속(103)을 투영함으로써, 화상위치 데이터(Di)에 의해 상기 광속이 변조된다. 다음에, 감광성 드럼(101)의 회전방향에 대해서, 광속(103)의 입사위치의 하류에서 감광성 드럼(101)과 맞물려 배치된 현상장치(107)에 의해 정전잠상이 토너 상으로서 현상된다.
상기 현상장치(107)에 의해 현상된 상기 토너 상은 상기 감광성드럼(101) 아래에 배치되고, 상기 감광성드럼에 대향하여 장착된 전사롤러(108)에 의해 용지(112)(전사재)에 전사된다. 용지(112)는 상기 감광성드럼(101)의 앞(상기 도면에서 오른쪽)에 있는 용지카셋트에 수납된다. 그러나, 수동으로 용지를 공급할 수 있다. 카셋트(109) 내부에 이동경로에 대해서, 개별 용지(112)를 공급하는 기능을 하는 급지 롤러(110)가 상기 카셋트(109)의 끝에 배치된다.
미정착 토너 상이 전사된 상기 용지는 감광성 드럼(101) 뒤(본 도면에서 좌측)에 있는 정착장치로 이동된다. 정착장치는 내부 정착히터(도시되지 않음)를 가지는 정착롤러와 상기 정착롤러(113)와 압접되어 배치된 가압 롤러(114)를 포함한다. 상기 용지(112)에 미정착된 토너 상이 정착됨으로써 상기 정착롤러(113)과 가압롤러(114) 사이의 맞물림에서 가압되면서, 전사위치로부터 이동된 용지(112)가 가열된다. 상기 정작롤러(113) 뒤에 용지배출롤러(116)가 있고, 그것은 상기 화상형성장치의 외부로 상기 정착된 용지 (112)를 배출하는 기능을 한다.
상기 도면에 도시되지 않았지만, 상기 프린터 콘트롤러(111)는 예를 들면, 상기 설명한 바와 같이 데이터를 변환하고, 모터(105) 또는 주사형 광학장치 내부에 다면경 모터 등의 상기 화상형성장치의 여러 가지 내부구성요소에 대해서 다양한 제어를 행하는 기능을 한다.
본 실시예에서는, 상기 설명한 바와 같이, 주사형 광학소자는 원환체 면을 가지는 단일렌즈와 변형된 원환체 면으로 구성되고, 상기 주사형 광학소자의 부주사 배율과 각각의 광학면의 배율이 상기 화상유효영역 내에서 대략 일정하게 된다. 본 실시예는, 상기 구성에 의해, 배치오차 또는 생산오차에 기인하여 상기 주사형 광학소자의 전체적인 어긋남 또는 각 광학면의 어긋남을 발생하는 경우에도, 주사선의 곡률이 회피 될 수 있는 주사형 광학장치를 달성한다. 또한, 상기 주사형 광학장치가 화상형성장치에 결합되는 경우에, 작은 주사선 곡률을 가진 고품질 장치를 제공 할 수 있다.
이전에 설명한 본 발명에 의하면, 주사형 광학장치의 주사형 광학소자의 상기 주주사 형상 및 상기 부주사 배율 구성이 적절하게 설정되고, 이에 의해, 몰드된 렌즈의 기본성능이 만족스럽게 보정 될 수 있고, 또한 몰딩의 불충분한 정밀도 때문에 광입사면에 대해 Z 방향(부주사 방향)으로 광출사 면의 어긋남에 기인하는 주사선 곡률을 최소화 할 수 있는 주사형 광학장치 및 이를 이용한 화상형성장치를 제공하는 것이 가능하다.
본 발명은 이 명세서에 개시된 상기 구조에 관련하여 설명하였지만, 이 명세서에 서술된 상세한 설명에 제한되지 않고, 본 출원은 개선의 목적이나 또는 다음의 클레임의 범위 내에서 있을 수 있는 수정 또는 변경을 포함하고자 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 주주사 방향의 주사형 광학장치의 단면도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 부주사 방향의 주사형 광학장치의 단면도.
도 3은 부주사 방향을 일정하게 하기 위한 효과적인 주주사 형상을 설명하는 개략도.
도 4는 제 1 실시예에서의 설계데이터를 예시하는 표
도 5a 내지 5c는 제 1 실시예에서 기하학적 수차와 부주사 크기차이를 예시하는 그래프.
도 6은 제 1 실시예에서 광주사 소자의 편향에 의한 주사선의 이동량을 예시하는 그래프.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 주주사 방향의 주사형 광학장치의 단면도
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 부주사 방향의 주사형 광학장치의 단면도.
도 9는 컬러화상형성장치의 단면도.
도 10는 제 2 실시예에서의 설계데이터를 예시하는 표
도 11a 내지 11c는 제 2 실시예에서 기하학적 수차와 부주사 크기차이를 예시하는 그래프.
도 12은 제 2 실시예에서 광주사 소자의 편향에 의한 주사선의 이동량을 예시하는 그래프.
도 13은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 주주사 방향의 주사형 광학장치의 단면도.
도 14는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 부주사 방향의 주사형 광학장치의 단면도.
도 15는 제 3 실시예에서의 설계데이터를 예시하는 표.
도 16a 내지 16c는 제 3 실시예에서 기하학적 수차와 부주사 크기차이를 예시하는 그래프.
도 17은 제 3 실시예에서 광주사 소자의 편향에 의한 주사선의 이동량을 예시하는 그래프.
도 18은 종래의 주사형 광학장치의 개략도.
도 19는 종래 기술 구성에서 광주사 소자의 편향에 의한 주사선의 이동량을 예시하는 그래프.
도 20은 화상형성장치의 단면도.
도 21은 본 발명의 제 4 실시예에 의한 주주사 방향의 주사형 광학장치의 단면도.
도 22는 본 발명의 제 4 실시예에 의한 부주사 방향의 주사형 광학장치의 단면도.
도 23는 제 4 실시예에서의 설계데이터를 예시하는 표.
도 24는 제 4 실시예에서의 광선거리와 광선의 좌표를 예시하는 표.
도 25a 내지 25c는 제 4 실시예에서 기하학적 수차와 부주사 크기차이를 예시하는 그래프.
<간단한 도면부호에 대한 설명>
1 : 광원 2 : 시준기 렌즈
3 : 조리개 4 : 원통형렌즈
5 : 광편향기 8, 101: 감광성드럼(피주사면)
61,62,63,64 : 주사형 광학소자 100 : 주사형 광학장치
102 : 전기충전롤러 104 : 화상형성장치
107 : 현상장치 108 : 전사롤러
109 : 카셋트 110 : 급지 롤러
111 : 프린터 콘트롤러 113 : 정착 롤러
114 : 가압 롤러 115 : 모터
116 : 용지배출 롤러 117 : 외부장치

Claims (34)

  1. 광원과;
    상기 광원으로부터 방출된 광속을 주사적으로 편향하는 편향 소자와;
    피주사면에 상기 편향된 광속을 비추는 주사형 광학소자를 포함하는 주사형 광학장치에 있어서,
    상기 주사형 광학소자는 몰딩공정에 의해 형성된 단일렌즈를 포함하고;
    축과 배축 사이에서 부주사 방향으로 상기 주사형 광학소자의 화상 배율의 차이가 10%이하이고;
    광축위에 부주사 방향으로 큰 굴절력을 가지는 상기 단일렌즈의 두 광학면 중에 소정의 한쪽면에 대해서 상기 단일렌즈의 광학면의 형상은,
    Φp가 상기 광축위의 부주사 방향으로 상기 단일렌즈의 굴절력이고, Φm이 축과 가장 반대쪽에 있는 배축 지점에서 상기 부주사 방향으로 상기 단일렌즈의 굴절력이고, Φpx가 광축위의 부주사 방향으로 상기 단일렌즈의 소정의 광학면에서의 굴절력이고, Φmx가 축과 가장 반대쪽에 있는 배축지점에서, 부주사 방향으로 상기 단일렌즈의 소정의 광학면에서의 굴절력이면,
    0.9 ≤ Φm / Φp ≤ Φmx / Φpx = 1.0 ≤ 1.1Φm / Φp
    인 관계를 만족하도록 결정되는 것을 특징으로 하는 주사형 광학장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 단일렌즈의 상기 소정의 광학면이 광출사면인 것을 특징으로 하는 주사형 광학장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 부주사 방향으로 상기 단일렌즈의 광출사면에서의 굴절력이, ΦS가 부주사 방향으로 상기 주사형 광학소자의 총 굴절력이고, ΦS2가 상기 단일렌즈의 상기 광출사면에서의 굴절력이면,
    0.9 ≤ ΦS2 / ΦS ≤1.1
    의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 주사형 광학장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 부주사 방향으로 상기 단일렌즈의 상기 광출사 면에서의 굴절력이
    0.95 ≤ ΦS2 / ΦS ≤1.05
    인 관계식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 주사형 광학장치
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 주주사 방향으로 상기 단일렌즈의 상기 광출사면의 형상은,
    La0 가 상기 편향소자로부터 상기 단일렌즈의 광출사 면까지 광축 위에 공기 중에서 환산한 거리이고, Lb0가 상기 단일렌즈의 광출사 면으로부터 상기 피주사면까지의 거리이고, Laθ 가 배축인 상기 편향 소자로부터 상기 단일렌즈의 광출사 면까지 공기중에서 환산한 거리이고, Lbθ 가 상기 단일렌즈의 상기 광출사 면에서 상기 피주사 면까지의 거리이면,
    0.9 X ( Lb0 / La0 ) ≤( Lbθ / Laθ ) ≤1.1 X( Lb0 / La0 )
    의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 주사형 광학장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    주주사 방향으로 상기 단일렌즈의 광출사 면의 상기 형상은,
    0.95 X ( Lb0 / La0 ) ≤( Lbθ / Laθ ) ≤1.05 X( Lb0 / La0 )
    의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 주사형 광학장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    주주사 방향으로 연장된 선형화상의 형성시의 광이 상기 편향소자에 입사하는 것을 특징으로 하는 주사형 광학장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 부주사 방향의 상기 광출사 면의 굴절력, 또는 상기 부주사 방향에의 상기 광입사면의 굴절력은 주주사 방향의 상기 형상과 상호 관계 없이 변하는 것을 특징으로 하는 주사형 광학장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 부주사 방향의 상기 광출사면의 곡률반경이 상기 축에서 상기 배축까지 변화하는 것을 특징으로 하는 주사형 광학장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 광출사 표면과 상기 광입사면은 애너모픽션면인 것을 특징으로 하는 주사형 광학장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 단일렌즈의 상기 광출사면이 아치 형상인 것을 특징으로 하는 주사형 광학장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 단일렌즈의 상기 광출사면이 아치 형상과 상이한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 주사형 광학장치.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 주주사 방향으로 상기 단일렌즈의 상기 광출사 면의 상기 형상은 상기 편향 소자 측에서 곡률 중심을 가지는 아치 형상인 것을 특징으로 하는 주사형 광학장치.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 광원은 서로 독립적으로 변조된 복수의 광방출점을 가지는 다중빔 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 주사형 광학장치.
  15. 제 1항에 기재된 주사형 광학장치와;
    피주사 면에 배치된 감광성부재와;
    상기 주사형 광학계에 의해 주사된 광으로 상기 감광성 부재에 형성된 정전잠상을 토너 상으로 현상하는 현상장치와;
    현상된 토너상을 전사재에 전사하는 전사장치
    상기 전사재 위에 상기 전사된 토너상을 정착하는 정착장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
  16. 제 1항에 기재된 주사형 광학장치와;
    외부장치에서 입력된 코드데이터를 화상정보로 변환하여, 상기 주사형 광학장치에 입력하는 프린터 콘트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
  17. 제 1항에 기재된 복수의 주사형 광학장치와;
    상이한 컬러의 화상을 형성하는 상기 복수의 주사형 광학장치 중에 대응하는 것에 의해 피주사 면에 각각 배치된 복수의 화상 담지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 화상형성장치.
  18. 광원과;
    상기 광원으로부터 방출된 광속을 주사적으로 편향하는 편향소자와;
    피주사 면에 상기 편향된 광속을 스폿형상으로 비추는 주사형 광학 소자를 포함하는 주사형 광학장치 있어서,
    상기 주사형 광학소자는 몰딩 공정에 의해 형성된 단일렌즈를 포함하고;
    상기 단일렌즈의 광학면의 형상은 부주사 방향과 화상유효영역에서 상기 주사형 광학소자의 화상배율의 차이가 10%이하로 되고, 또한 상기 광축 위에 부주사 방향으로 큰 굴절력을 가지는 상기 단일렌즈의 두 광학면 중에 소정의 한 쪽면의 부주사 방향과 화상유효영역에서 화상배율의 차이가 10%이하가 되도록 결정되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 주사형 광학장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 단일렌즈의 상기 소정의 광학면이 광출사 면인 것을 특징으로 하는 주사형 광학장치.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 부주사 방향으로 상기 단일렌즈의 광출사 면에서의 굴절력이, φS가 부주사 방향으로 상기 주사형 광학소자의 총굴절력이고, φS2가 상기 단일렌즈의 상기 광출사 면에서의 굴절력이면,
    0.9 ≤ φS2 / φS ≤1.1
    의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 주사형 광학장치.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 부주사 방향으로 상기 단일렌즈의 상기 광출사 면에서의 굴절력은
    0.95 ≤ φS2 / φS ≤1.05
    의 관계식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 주사형 광학장치
  22. 제 18항에 있어서,
    상기 주주사 방향으로 상기 단일렌즈의 상기 광출사면의 형상은,
    La0 가 상기 편향소자로부터 상기 단일렌즈의 광출사 면까지 광축 위에 공기 중에서 환산한 거리이고, Lb0 가 상기 단일렌즈의 광출사 면으로부터 상기 피주사 면까지의 거리이고, Laθ가 배축인 상기 편향 소자로부터 상기 단일렌즈의 광출사면까지 공기 중에서 환산한 거리이고, Lbθ 가 상기 단일렌즈의 상기 광출사 면으로부터 상기 피주사 면까지의 거리이면,
    0.9 X ( Lb0 / La0 ) ≤( Lbθ / Laθ ) ≤1.1 X( Lb0 / La0 )
    의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 주사형 광학장치.
  23. 제 22항에 있어서,
    주주사 방향으로 상기 단일렌즈의 광출사 면의 상기 형상은,
    0.95 X ( Lb0 / La0 ) ≤( Lbθ / Laθ ) ≤1.05 X( Lb0 / La0 )
    의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 주사형 광학장치.
  24. 제 18항에 있어서,
    주주사 방향으로 연장된 선형화상의 형성시의 광이 상기 편향소자에 입사하는 것을 특징으로 하는 주사형 광학장치.
  25. 제 18항에 있어서,
    상기 부주사 방향의 상기 광출사 면의 굴절력 또는 상기 부주사 방향의 상기 광입사 면의 굴절력은 주주사 방향의 상기 형상과 상호 관계없이 변화하는 것을 특징으로 하는 주사형 광학장치.
  26. 제 19항에 있어서,
    상기 부주사 방향의 상기 광출사 면의 곡률반경이 상기 축에서 상기 배축까지 변화하는 것을 특징으로 하는 주사형 광학장치.
  27. 제 18항에 있어서,
    상기 광출사 면과 상기 광입사면은 애너모픽면인 것을 특징으로 하는 주사형 광학장치.
  28. 제 18항에 있어서,
    상기 단일렌즈의 상기 광출사 면이 아치 형상인 것을 특징으로 하는 주사형 광학장치.
  29. 제 18항에 있어서,
    상기 단일렌즈의 상기 광출사 면이 아치 형상과 상이한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 주사형 광학장치.
  30. 제 28항에 있어서,
    상기 주주사 방향으로 상기 단일렌즈의 상기 광출사 면의 상기 형상이 상기 편향 소자 측에서 곡률 중심을 가지는 아치 형상인 것을 특징으로 하는 주사형 광학장치.
  31. 제 18항에 있어서,
    상기 광원이 서로 독립적으로 변조된 복수의 광방출점을 가지는 다중빔 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 주사형 광학장치.
  32. 제 18항에 기재된 주사형 광학장치와;
    피주사 면에 배치된 감광성부재와;
    주사형 광학계에 의해 주사된 광으로 상기 감광성 부재에 정전잠상을 토너상으로 현상하는 현상장치와;
    현상된 토너상을 전사재에 전사하는 전사장치와;
    상기 전사재 위에 상기 전사된 토너상을 정착하는 정착장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
  33. 제 18항에 기재된 주사형 광학장치와;
    외부장치로부터 입력된 코드데이터를 화상정보로 변환하고, 상기 주사형 광학장치에 입력하는 프린터 콘트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
  34. 제 18항에 기재된 복수의 각각 주사형 광학장치와;
    상이한 컬러의 화상을 형성하는 상기 복수의 주사형 광학장치 중에 대응하는 것에 의해 피주사 면에 각각 배치된 복수의 화상 담지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 화상형성장치.
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