KR100490433B1 - 광주사장치의 에프쎄타 렌즈 및 광주사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광주사장치의 에프쎄타 렌즈 및 광주사장치에 관하여 개시한다. 개시된 광주사장치의 에프쎄타 렌즈는, 입사된 광을 스캐닝 면 상에 초점을 맞추는 경면부와, 상기 경면부의 양측에 형성되어 상기 경면부를 보호하는 리브부를 구비하는 광주사장치의 에프쎄타 렌즈에 있어서, 상기 리브부의 높이가 상기 경면부의 정점에 대해서 볼록부에서는 더 높고, 오목부에서는 더 낮게 가변적으로 형성된 것을 특징으로 한다. 이에 따르면, 외부에 접촉되는 볼록부가 보호되며, 오목부는 수축시 변형이 줄어드는 효과가 있다.

Description

광주사장치의 에프쎄타 렌즈 및 광주사장치{Laser scanning unit and f-θ lens}

본 발명은 인쇄기기 등에 사용되는 광주사장치(laser scanning unit)의 에프쎄타(f-θ)렌즈 및 이를 구비한 광주사 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에프쎄타 렌즈의 유효경면을 보호하는 리브의 구조가 개선된 광주사장치의 에프쎄타 렌즈 및 광주사장치에 관한 것이다.

예컨대 레이저 프린터와 같은 인쇄기기에는, 감광체에 광을 주사함으로써 인쇄하고자 하는 이미지에 대응되는 정전잠상(latent electrostatic image)을 형성시키는 광주사장치가 구비되어 있다.

이러한 광주사장치는 일반적으로 도 1에 도시된 바와 같은 광학계를 구비하고 있다. 즉, 레이저광을 출사시키는 레이저다이오드(100)와, 출사된 레이저광을 광축에 대해 평행광 또는 수렴광으로 만들어주는 콜리메이팅 렌즈(101), 콜리메이팅 렌즈(101)의 전면에 부착되어 통과하는 레이저광을 제한하는 슬릿(102), 슬릿(102)를 통과한 레이저광을 수평방향으로 등선속으로 이동시켜 스캐닝하는 폴리곤 미러(104), 레이저광을 상기 폴리곤 미러(104)의 표면에 수평방향의 선형으로 결상시키는 실린더렌즈(103), 폴리곤 미러(104)를 등속으로 회전시키는 모터(105), 광축에 대해 일정한 굴절율을 가지며 폴리곤 미러(104)에서 반사된 등속도의 광을 주 스캐닝방향으로 편광시키고 수차를 보정하여 스캐닝면상에 초점을 맞추는 f-θ렌즈(110), 그 f-θ렌즈(110)를 통과한 레이저광을 반사시켜 결상면인 감광드럼(108)의 표면에 점상으로 결상시키는 결상용 반사미러(107), 레이저광을 수광하여 수평동기를 맞추어 주기 위한 광센서(106), 상기 동기검출용 광센서(106) 측으로 레이저광을 반사시켜주는 동기신호 검출용 반사미러(109) 등의 광학요소들이 광학계를 이루고 있다.

일본특허공개 제H5-188,285호에는 에프쎄타 렌즈의 경면부 외측에 동일한 높이의 리브부를 에프쎄타 렌즈의 전면에 걸쳐서 형성함으로써 수축량의 편차를 줄인 에프쎄타 렌즈가 개시되어 있다.

그러나, 일본특허공개 제H5-188,285호에 개시된 에프쎄타 렌즈는 취급시 경면부가 스크래치되는 문제가 있으며, 후술하는 잔류응력 문제가 있다.

도 2는 도 1의 에프쎄타 렌즈의 확대 측면도이며, A-A' 및 B-B' 선 단면도를 함께 도시하였다.

도 2를 참조하면, 도시된 f-쎄타 렌즈(110)는 폴리곤 미러(104)로부터 입사된 광이 스캐닝 면 상에 초점을 맞추게 하는 경면부(111)와, 상기 경면부(111)의 양측에 형성되어서 상기 경면부(111)를 보호하는 리브부(112)를 구비한다. 도면에서는 설명의 편의를 위해서 경면부(111)와 리브부(112)를 구별되게 표시하였지만, 실제는 에프쎄타 렌즈(110)은 하나의 몸체로 형성된다.

상기 경면부(111)는 갈매기 형상의 파형을 가진 렌즈로서, 광경로방향으로 볼록한 부분(111a) 사이에 오목한 부분(111b)이 형성되어 있다. 상기 오목부(111b)는 에프쎄타 렌즈(110)의 길이방향에서의 중앙부이며, 볼록부(111a) 보다 광경로 방향에서 두께가 더 두껍게 형성되어 있다. 그리고, 레이저 광의 입사면 및 레이저 광의 출사면은 각각 광경로 방향으로 볼록하게 형성되어 있다.

상기 리브부(112)는 출사면의 경면부(111)의 정점 보다 소정 높이 높게, 예컨대 1 mm 높게 형성되어 있다. 이렇게 리브부(112)가 유효경면의 표면 보다 높게 형성되는 것은 제조된 에프쎄타 렌즈(110)를 케이스에 보관시 경면부(111), 특히 레이저 광이 실제로 지나가는 유효경면부가 스크래치되는 것을 방지하기 위한 것이다.

상기 에프쎄타 렌즈(110)는 생산성 향상 및 가격 절감을 위해서 플라스틱으로 사출성형되는 경향이다.

도 3은 플라스틱 재질의 에프쎄타 렌즈를 사출성형시 몰드에 의해서 에프쎄타 렌즈에 잔류응력이 생기는 것을 모식한 도면이다.

도 3을 참조하면, 몰드(120) 내에서 냉각과정의 에프세타 렌즈(110)는 그 중앙을 중심으로 일정한 비율로 수축한다. 에프쎄타 렌즈(110)의 수축률은 사용되는 플라스틱 재질 및 공정조건, 예컨대 사출온도, 사출성형 압력 등에 따라서 다르지만 대략 1% 내외이며, 성형 두께가 클수록 수축량이 커진다. 사출성형된 f-쎄타 렌즈(110)의 수축시, 경면부(111)의 양측 보다 높게 형성된 리브부(112)는 에프쎄타 렌즈(110)의 중앙쪽으로 수지가 수축할 때 리브부(112)가 금형 벽면(120a)에 의하여 수축이 제한 되므로 경면부(111) 가장자리에 벤딩 모멘트에 의한 잔류응력이 발생된다. 이로 인하여 유효경면부(111)의 양측의 형상 오차가 심화되는 문제가 있다.

도 4는 종래의 에프쎄타 렌즈의 사출성형에 따른 경면부의 잔류응력에 따른 경면부의 편차를 도시한 그래프로서, 측정 근사원을 기준으로 피팅(fitting)한 도면이다. 도 4를 참조하면, 측정된 경면부(111)의 길이가 약 4 mm 이며, 경면부(111)의 양측에서의 잔류응력이 큰 것을 알 수 있다.

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 에프쎄타 렌즈의 리브부의 길이를 에프쎄타 렌즈의 경면부에 대하여 가변적으로 형성하여 사출성형시의 유효경면부의 왜곡을 감소시킨 광주사장치의 에프쎄타 렌즈 및 이를 구비한 광주사장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광주사장치의 에프쎄타 렌즈는, 입사된 광을 스캐닝 면 상에 초점을 맞추는 경면부와, 상기 경면부의 양측에 형성되어 상기 경면부를 보호하는 리브부를 구비하는 광주사장치의 에프쎄타 렌즈에 있어서,

상기 리브부의 높이가 상기 경면부의 정점에 대해서 가변적으로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 에프쎄타 레즈는, 광경로 방향으로 볼록한 부위와 오목한 부위가 이어서 형성되는 것이 바람직하다.

상기 볼록한 부위에서, 상기 리브부의 상기 높이는 상기 경면부의 정점 보다 높게 형성되며, 상기 오목한 부위에서, 상기 리브부의 상기 높이는 상기 경면부의 정점 보다 낮게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광주사장치는, 광원과, 상기 광원으로부터 출사된 광을 광축에 대해 평행광 또는 수렴광으로 만드는 콜리메이팅 렌즈와, 상기 콜리메이팅 렌즈의 전며에 부착되어 통과하는 광을 제한하는 슬릿과, 상기 슬릿을 통과한 광을 수평방향으로 등선속으로 이동시켜 스캐닝하는 폴리곤 미러와, 상기 폴리곤 미러를 회전시키는 모터와, 상기 폴리곤 미러에서 반사된 광을 받아서 스캐닝 면 상에 초점을 맞추는 에프쎄타 렌즈를 구비하며,

상기 에프쎄타 렌즈는, 상기 광이 입사되어서 통과하는 경면부와, 상기 경면부의 양측에 형성되어 상기 경면부를 보호하는 리브부로 형성되며,

상기 경면부의 정점에 대해서 상기 리브부의 높이가 가변적으로 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광주사장치의 f-쎄타 렌즈의 개략 측면도이며, D-D' 및 E-E' 선 단면도를 함께 도시하였다.

도 5를 참조하면, 도시된 f-쎄타 렌즈(210)는 폴리곤 미러(204)로부터 입사된 광이 스캐닝 면 상에 초점을 맞추게 하는 경면부(211)와, 상기 경면부(211)의 양측에 형성되어서 상기 경면부(211)를 보호하는 리브부(212)를 구비한다. 도면에서는 설명의 편의를 위해서 경면부(211)와 리브부(212)를 구별되게 표시하였지만, 실제는 에프쎄타 렌즈(210)는 하나의 몸체로 사출성형된다.

상기 경면부(211)는 갈매기 형상의 파형을 가진 렌즈로서, 광경로방향으로 볼록한 부분(211a) 사이에 오목한 부분(211b)이 형성되어 있다. 상기 오목부(211b)는 에프쎄타 렌즈(210)의 길이방향에서의 중앙부이며, 볼록부(211a) 보다 광경로 방향에서 두께가 더 두껍게 형성되어 있다. 그리고, 레이저 광의 입사면 및 레이저 광의 출사면은 각각 광경로 방향으로 볼록하게 형성되어 있다.

상기 리브부(212)는 경면부(211)의 형상과 유사하게 갈매기 형상으로 형성되어 있다. D-D' 선단면도에서 보면, 리브부(212)는 출사면의 경면부(211)의 정점 보다 소정 높이 높게, 예컨대 1 mm 높게 형성되어 있다. 이렇게 리브부(212)가 볼록부(211a)에서 경면부(211)의 정점 보다 높게 형성되는 것은 제조된 에프쎄타 렌즈(210)를 케이스에 보관시 경면부(211), 특히 레이저 광이 실제로 지나가는 유효경면부가 스크래치되는 것을 방지하기 위한 것이다.

한편, E-E' 선단면도에서 보면, 오목부(211b)의 측면에 형성된 리브부(212)의 높이는 오목부(211b)의 양 가장자리와 같은 높이로 형성된 것을 알 수 있다. 이와 같이 오목부(211b)에 대응되는 리브부(212)의 높이가 오목부(211a)의 정점 보다 낮게 형성되면, 상기 정점이 리브부(212)로부터 돌출되게 형성되지만, 상기 에프쎄타 렌즈(210)를 취급시 오목부(211b)에 해당되는 에프쎄타 렌즈의 부분은 양측, 즉 볼록부(211a)에 의해서 외부와의 직접 접촉이 방지될 수 있다.

상기 에프쎄타 렌즈(210)는 생산성 향상 및 가격 절감을 위해서 플라스틱으로 사출성형되는 경향이다.

도 6은 도 5의 플라스틱 재질의 에프쎄타 렌즈의 사출성형시의 수축현상을 모식한 도면으로서, 오목부에서의 수축현상을 모식한 도면이다.

도 6을 참조하면, 몰드(220) 내에서 냉각과정의 에프세타 렌즈(210)는 그 중앙을 중심으로 일정한 비율로 수축한다. 에프쎄타 렌즈(210)의 수축률은 사용되는 플라스틱 재질 및 공정조건, 예컨대 사출온도, 사출성형 압력 등에 따라서 다르지만 대략 1% 내외이며, 성형 두께가 클수록 수축량이 커진다. 사출성형된 f-쎄타 렌즈(210)의 수축시, 경면부(211)의 오목부(211a)의 양측과 동일한 높이로 형성된 리브부(212)는 에프쎄타 렌즈(210)의 중앙쪽으로 수지가 일정한 비율로 수축된다. 따라서, 종래와 같이 금형 벽면(220a)에 의하여 수축이 제한되지 않으므로 경면부(211) 가장자리에 벤딩 모멘트에 의한 잔류응력이 발생되지 않는다.

도 7은 에프쎄타 렌즈의 사출성형에 따른 경면부의 잔류응력에 따른 경면부의 편차를 도시한 그래프로서, 측정 근사원을 기준으로 피팅(fitting)한 도면이다. 도 4를 참조하면, 측정된 경면부(211)의 길이가 약 4 mm 이며, 경면부(211)의 오목부(211b)에서의 양측에서의 잔류응력이 거의 없는 것을 알 수 있다.

한편, 오목부(211b)는 에프쎄타 렌즈(210)의 광경로방향에서 그 두께가 가장 두껍기 때문에 동일한 수축률을 가지는 에프쎄타 렌즈(210)의 수축에 따른 수축량이 가장 큰 부분이다. 따라서, 오목부(211b)에서의 수축 오차를 크게 줄일 수 있으며, 또한, 오목부(211b)에서의 수지 량을 줄이고, 볼록부(211a) 에서의 수지 량을 상대적으로 늘림으로써 에프쎄타 렌즈 전반에 대해서 수축량의 편차를 줄일 수 있게 된다.

또한, 도 6에서는 오목부의 가장자리의 높이와 리브부의 높이가 동일한 것으로 도시하였지만, 상기 리브부의 높이를 상기 오목부의 가장자리 보다 낮게 형성하여 에프쎄타 렌즈 전반에 걸쳐서 수지량의 편차를 더 줄일 수도 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 광주사장치의 에프쎄타 렌즈는 취급시 외부와 접촉되는 볼록부의 외측의 리브부의 높이가 상기 볼록부의 정점 보다 높게 형성되어 상기 리브부가 상기 경면부를 보호한다. 또한, 그 두께가 두껍게 형성되는 오목부에서는 리브부의 높이가 대응 오목부의 정점 보다 낮게 형성됨으로써 사출성형시 볼록부 및 오목부 사이의 수지량 편자에 따른 수축 오차를 줄일 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 도면을 참조하여 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.

도 1은 일반적인 광주사장치의 내부 광학계 배치 구조를 보여주는 구성도이다.

도 2는 도 1의 에프쎄타 렌즈의 확대 측면도와, A-A' 및 B-B' 선 단면도이다.

도 3은 플라스틱 재질의 에프쎄타 렌즈를 사출성형시 몰드에 의해서 에프쎄타 렌즈에 잔류응력이 생기는 것을 모식한 도면이다.

도 4는 종래의 에프쎄타 렌즈의 사출성형에 따른 경면부의 잔류응력에 따른 경면부의 편차를 도시한 그래프이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광주사장치의 f-쎄타 렌즈의 개략 측면도와, D-D' 및 E-E' 선 단면도이다.

도 6은 도 5의 플라스틱 재질의 에프쎄타 렌즈의 사출성형시의 수축현상을 모식한 도면으로서, 오목부에서의 수축현상을 모식한 도면이다.

도 7은 도 5의 에프쎄타 렌즈의 사출성형에 따른 경면부의 잔류응력의 편차를 도시한 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

210: 에프쎄타 렌즈 211: 경면부

211a: 볼록부 211b: 오목부

212: 리브부 220: 몰드

Claims (10)

1. 입사된 광을 스캐닝 면 상에 초점을 맞추는 경면부와, 상기 경면부의 양측에 형성되어 상기 경면부를 보호하는 리브부를 구비하는 광주사장치의 에프쎄타 렌즈에 있어서,

   상기 리브부의 높이가 상기 경면부의 정점에 대해서 가변적으로 형성된 것을 특징으로 하는 광주사장치의 에프쎄타 렌즈.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 에프쎄타 레즈는, 광경로 방향으로 볼록한 부위와 오목한 부위가 이어서 형성된 것을 특징으로 하는 광주사장치의 에프쎄타 렌즈.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 볼록한 부위에서, 상기 리브부의 상기 높이는 상기 경면부의 정점 보다 높게 형성된 것을 특징으로 하는 광주사장치의 에프쎄타 렌즈.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 오목한 부위에서, 상기 리브부의 상기 높이는 상기 경면부의 정점 보다 낮게 형성된 것을 특징으로 하는 광주사장치의 에프쎄타 렌즈.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 오목한 부위에서, 상기 리브부의 상기 높이는 상기 경면부의 가장자리 이하로 낮게 형성된 것을 특징으로 하는 광주사장치의 에프쎄타 렌즈.
6. 광원과, 상기 광원으로부터 출사된 광을 광축에 대해 평행광 또는 수렴광으로 만드는 콜리메이팅 렌즈와, 상기 콜리메이팅 렌즈의 전며에 부착되어 통과하는 광을 제한하는 슬릿과, 상기 슬릿을 통과한 광을 수평방향으로 등선속으로 이동시켜 스캐닝하는 폴리곤 미러와, 상기 폴리곤 미러를 회전시키는 모터와, 상기 폴리곤 미러에서 반사된 광을 받아서 스캐닝 면 상에 초점을 맞추는 에프쎄타 렌즈를 구비하는 광주사장치에 있어서,

   상기 에프쎄타 렌즈는, 상기 광이 입사되어서 통과하는 경면부와, 상기 경면부의 양측에 형성되어 상기 경면부를 보호하는 리브부로 형성되며,

   상기 경면부의 정점에 대해서 상기 리브부의 높이가 가변적으로 형성된 것을 특징으로 하는 광주사장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 에프쎄타 레즈는, 광경로 방향으로 볼록한 부위와 오목한 부위가 이어서 형성된 것을 특징으로 하는 광주사장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 볼록한 부위에서, 상기 리브부의 상기 높이는 상기 경면부의 정점 보다 높게 형성된 것을 특징으로 하는 광주사장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 오목한 부위에서, 상기 리브부의 상기 높이는 상기 경면부의 정점 보다 낮게 형성된 것을 특징으로 하는 광주사장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 오목한 부위에서, 상기 리브부의 상기 높이는 상기 경면부의 가장자리 이하로 낮게 형성된 것을 특징으로 하는 광주사장치.