KR100499614B1

KR100499614B1 - 주사광학장치 및 화상형성장치

Info

Publication number: KR100499614B1
Application number: KR10-2003-0029585A
Authority: KR
Inventors: 모리세이이치로
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2003-05-10
Publication date: 2005-07-05
Also published as: KR20030087984A; JP2004029751A; US6791728B2; US20030210445A1; CN1316285C; EP1365272A3; EP1365272A2; CN1456919A

Abstract

편향면에 입사하는 광빔이 편향면보다 넓은 광빔으로 설정되는 OFS주사광학계에 있어서, 주주사단면내에서, 광원인 각각의 레이저의 발광점으로부터 광빔의 사출분포의 중심축과 각각의 광학계의 광축 사이에 형성된 각도와, 주주사단면내의 레이저빔방사각도의 전체각도폭을 규제한다. 따라서, 피주사면의 화상스폿의 조도분포의 균일성과 대칭성을 향상시킬 수 있다.

Description

주사광학장치 및 화상형성장치{SCANNING OPTICAL DEVICE AND IMAGE FORMING APPARATUS}

<발명의 배경>

<발명의 분야>

본 발명은 주사광학장치 및 주사광학장치를 이용한 화상형성장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 고속동작 및 기록밀도증가를 달성하기 위하여 복수의 광원의 발광점으로부터 생성된 레이저빔을 이용하여 화상형성을 행하도록 하며, 특히, 광원부로부터 방출된 광빔을 주주사방향으로 편향면보다 넓은 범위에 수광하고 감광체면에 광주사하는 오버필드(over field)주사광학계(이하, OFS주사광학계라고 칭함)를 이용하는 레이저빔프린터 또는 디지털복사기 등의 장치에 적합한 주사광학장치에 관한 것이다.

<관련된 배경기술>

최근, 디지털복사기와 레이저빔프린터에 있어서 고속동작성이 요구되고 있다. 요구에 부응하기 위하여, 편향기인 다각형미러의 편향면의 수를 늘려서 사용하는 주사가능한 OFS광학계 및 광원의 수를 늘려서 사용하여 복수의 주사선을 동시에 주사할 수 있는 멀티빔주사광학장치를 포함하는 발명이 이루어졌다.

일반적으로 광원에 사용되는 매체는 반도체레이저이고, 가우스분포를 갖는 광빔은 일정한 확대폭을 갖도록 발광점으로부터 사출된다.

사출광빔이, 입사광학계에 의해 규제된 확대각의 광빔으로 형성된 후, 입사광빔의 일부를 다각형미러의 편향면에 의하여 절단하여 주사광빔을 형성한다. 광빔이 회전된 편향면에 대하여 고정되기 때문에, 회전에 따라서 사용하는 광빔의 사용영역이 변화한다.

가우스분포를 갖는 광빔의 절단방법이 시시각각 변하는 경우, 주사광빔의 강도분포가 생긴다. 분포는 피주사면의 조명분포가 됨으로써 화상농도의 불균일성을 일으킨다.

상기 문제점을 해결하기 위하여, 일본국 특개평 제 11-014923호에 개시된 그레이데이션(gradation) ND필터를 사용한 기술 및 일본국 특개평 제 04-255874호에 개시된 전기적보정을 행하는 기술 등의 다양한 보정기술이 발명되었다. 또한, 일본국 특개평 11-218702호에, 개구부분이 입사측에 형성되어 구조를 간략화하는 것에 대한 사상이 발명되었다.

상기 설명된 기술에 의하면, 조명분포를 개선할 수 있다. 그러나, 부품의 구조를 복잡하게 하고 비용이 증가되는 단점이 있다.

ND필터 또는 개구부가 형성되는 기술에 있어서, 부품의 가공정밀도, 조립공차, 또는 부품의 변화에 좌우되어 효과를 충분히 얻을 수 없는 문제점도 있다.

그러나, 상기 설명한 다양한 기술에서, 광원은 정상상태에 배치되어 있다는 것을 전제로 한다. 광원인 반도체레이저의 칩이 광축에 관하여 주주사방향을 향하여 경사지도록 조립되는 경우, 시준기(collimator) 렌즈로부터 사출한 거의 평행광빔의 강도중심은 광축으로부터 전이한다. 따라서, 다각형미러에 의해 절단된 입사광빔의 강도분포가 비대칭으로 된다.

극단의 경우에, 피주사면에 형성된 주사선의 강도피크가 주사유효영역 이외에 위치하고, 강도분포가 경사져서, 피크에서의 강도는 초기강도보다 2배이상 커진다.

복수의 광원을 이용하는 OFS주사광학장치를 생각하는 경우, 각각의 반도체레이저로부터 사출된 광의 분포는 서로 상이하다고 예상된다. 따라서, 전체 광빔을 편향면인 다각형미러편향면에 의해 일치시킨다 하여도, 이러한 광빔을 사용하여 주사를 행하는 경우, 조명분포는 각각의 주사라인에 대하여 변한다. 그러므로, 전체화상이 불균일한 농도를 갖는 상황을 일으킨다.

상기 설명한 기술에 의한 대책으로서는 상기 문제점을 대처하기 곤란하다.

<발명의 요약>

본 발명은 상기 설명한 문제점의 관점에서 이루어졌다. 따라서, 본 발명의 목적은, 복수의 광원을 사용하는 OFS주사광학장치에 의하여 주사를 행하는 경우, 광원으로부터 사출된 광빔의 사출축과 분포를 규정하여, 피주사면의 조명분포를 거의 대칭으로 함으로써 고화질과 고속동작을 동시에 얻을 수 있는 주사광학장치를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 화질의 개선에 따른 구조의 확장을 최소화하여 비용의 상승을 억제하면서, 조명분포를 주사중심축에 대하여 거의 대칭으로 할 수 있는 주사광학장치를 제공하는 데 있다.

상기 설명한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1측면에 의하면,

적어도 두개의 발광점으로부터 사출한 적어도 두개의 광빔을 편향수단에 인도하는 제 1광학계와;

피주사면에 편향수단에 의해 편향된 복수의 광빔을 광스폿으로서 결상하는 제 2광학계를 구비하는 주사광학장치로서,

편향수단의 편향면에 입사하는 광빔은, 주주사방향으로 편향면보다 넓은 광빔으로 설정하고;

주주사면에 있어서, 적어도 두개의 발광점으로부터 광빔의 사출분포의 중심축과 제 1광학계의 각각의 대응하는 광학축 사이에 형성된 각도를 αi로 하고, 광학축으로부터 가장 먼 곳에 위치하는 두개의 광빔에 대하여 αi의 각도를, 각각 α1 및 α2로 하고, αi의 각도 사이에 형성된 최대편차를 αε로 하고, 주주사단면내에 있어서 적어도 두개의 발광점으로부터 광빔의 방사각의 전체 각도폭을 각각 θi로 하고, 전체각도폭의 차이가 가장 큰 두개의 빔방사각을 θ1 및 θ2로 하고, 빔방사각의 차분을 θε = ｜θ1 - θ2｜로 하는 경우,

2 ≥ ｜α1 - α2｜ ≥ 0

4 ≥ ｜α1 + α2｜ ≥ 0, 및

2 ≥ αε/(1 + θε) ≥ 0

(식중 θi는 각각의 광빔의 강도분포피크의 1/e²까지의 범위임)

을 만족하는 것을 특징으로하는 주사광학장치를 제공한다. (식중 θi는 각각의 광빔의 강도분포피크의 1/e²까지의 범위임)

본 발명의 제 2측면에 의하면, 본 발명의 제 1측면에서, 주사광학장치는, 피주사면의 유효주사영역의 양단부에서의 광빔의 조도분포의 강도차가 4% 이내인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 3측면에 의하면, 본 발명의 제 1 또는 제 2측면에 있어서, 주사광학장치에서, 제 1광학계는 제 3광학계와 제 4광학계를 구비하고, 적어도 두개의 발광점 중 한쪽으로부터 사출한 광빔을 편향수단으로 인도하는 제 3광학계의 광축과, 다른쪽의 발광점으로부터 사출한 광빔을 편향수단으로 인도하는 제 4광학계의 광축이, 주주사단면내에서 소정의 개구각을 형성하면서 편향수단의 편향면에 입사하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 4측면에 의하면, 본 발명의 제 1 또는 제 2측면에서, 주사광학장치는, 적어도 두개의 발광점이 모놀리식 멀티반도체레이저에 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 5측면에 의하면, 본 발명의 제 1 또는 제 2측면에서, 주사광학장치는, 적어도 두개의 발광점으로부터 사출된 적어도 두개의 광빔이 제 1광학계의 빔합성계에 의해 합성되어, 편향수단의 편향면으로 인도되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 6측면에 의하면, 본 발명의 제 1 내지 제 5측면중 어느 하나에 있어서, 주사광학장치는, 제 1광학계의 편향수단의 편향면에 빔입사하는 입사광축과 제 2광학계의 광축이 주주사단면에 투영하는 경우, 두개의 광축을 서로 거의 일치시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 7측면에 의하면, 본 발명의 제 1 내지 제 6측면중 어느 하나에 서, 주사광학장치는, 적어도 두개의 발광점으로부터 사출된 적어도 두개의 광빔이 부주사단면내에서 편향수단의 편향면에 대하여 경사방향으로 입사하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 8측면에 의하면, 본 발명의 제 1 내지 제 7측면중 어느 하나에서, 주사광학장치는 적어도 두개의 발광점이 적어도 주주사방향으로 서로 떨어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 9측면에 의하면, 본 발명의 제 8측면에서, 주사광학장치는 적어도 두개의 발광점으로부터 사출하고 편향수단의 편향면에 입사하는 적어도 두개의 광빔의 주광선 중 그들 사이에서 가장 큰 각도를 형성하는 주광선 사이에 형성된 각도는 0° 내지 6°인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 10측면에 의하면, 본 발명의 제 1 내지 제 7측면 중 어느 하나에서, 주사광학장치는 적어도 두개의 발광점이 부주사방향에서만 서로 떨어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 11측면에 의하면, 본 발명의 제 1 내지 제 10측면 중 어느 하나에서, 주사광학장치는, 적어도 두개의 발광점이 반도체레이저에 탑재되고; 광빔량은 주주사단면의 편향수단의 편향면에 입사하는 적어도 두개의 광빔중 각각의 광량분포의 최대치의 1/2의 범위내로 편향수단의 편향면이 이동하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 12측면에 의하면, 본 발명의 제 1 내지 제 11측면 중 어느 하나에서, 주사광학장치는 적어도 3개의 발광점을 또한 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 13측면에 의하면,

제 1 내지 제 12측면중 어느 하나에 기재된 주사광학장치와;

피주사면에 위치하는 감광체와;

주사광학장체에 의해 주사된 광빔을 사용하여 감광체에 형성된 정전잠상을 토너상으로서 현상하는 현상기와;

현상된 토너상을 피전사재에 전사하는 전사기와;

전사된 토너상을 피전사재에 정착하는 정착기와

를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치를 제공한다.

본 발명의 제 14측면에 의하면,

제 1 내지 제 12측면중 어느 하나에 기재된 주사광학장치와;

외부장치로부터 입력되는 코드데이터를 입력신호로 변환하고 주사광학장치에 화상신호를 입력하는 프리턴제어기와

를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치를 제공한다.

<바람직한 실시예의 설명>

도 5는 본 발명의 화상형성장치의 실시예 모드를 도시하는, 부주사방향의 요부단면도이다.

도 5에서, (104)는 화상형성장치를 표시한다.

코드데이터(Dc)는 개인용 컴퓨터 등의 외부장치로부터 화상형성장치(104)에 입력된다. 코드데이터(Dc)는 장치내의 프린터제어기(111)에 의해 화상데이터(도트 데이터)(Di)로 변환된다. 화상데이터(Di)는 실시예 1 내지 3에서 개시하는 구조를 가진 광주사유닛(100)으로 입력된다. 다음에, 화상데이터(Di)에 의하여 변조된 광빔(103)(103a, 103b)은 광주사유닛(100)으로부터 사출되고, 감광드럼(101)의 감광표면은 광빔(103)에 의하여 주주사방향으로 주사된다.

정전잠상베어링부재(감광체)인 감광드럼(101)은 모터(115)에 의해 시계방향으로 회전된다. 다음, 회전에 따라서, 감광드럼(101)의 감광표면은 광빔(103)에 대한 주주사방향과 직교하는 부주사방향으로 이동한다. 감광드럼(101)의 표면을 균일하게 대전하는 대전롤러(102)가 감광드럼의 표면과 당접하도록 감광드럼(101)위에 배설되어 있다. 광주사유닛(광주사광학장치)(100)에 의하여 주사하기 위해 사용되는 광빔(103)은 대전롤러(102)에 의해 대전되는 감광드럼(101)의 표면를 조사한다.

전술한 바와 같이, 광빔(103)은 화상데이터(Di)에 의해 변조되고, 광빔(103)은 감광드럼(101)의 표면에 조사되어 정전잠상을 형성한다. 정전잠상은, 감광드럼(101)과 당접하도록 감광드럼(101)의 회전방향으로 광빔(103)의 조사위치의 하류측에 배설된, 현상기(107)에 의하여, 토너상으로서 현상된다. 현상기(107)에 의해 현상된 토너상은, 감광드럼(101)의 하부에, 감광드럼과 대향하도록 형성된, 전사롤러(108)에 의해 피전사재인 용지(112)에 전사된다.

용지(112)는 감광드럼(101)의 정면(도 5의 우측)에 위치하는 용지카세트(109)에 수납되어, 수동급지가 또한 가능하다. 급지롤러(110)는 용지카세트(109)의 단부에 배설되고, 용지카세트(109)내의 용지(112)는 반송로에 송부된다.

상기 동작에 의해, 미정착 토너상이 전사된 용지(112)는 감광드럼(101)의 배면(도 5의 좌측)에 위치하는 정착장치에 또한 반송된다.

정착장치는, 그 내부에 정착히터(도시하지 않음)를 가진 정착롤러(113)와 상기 정착롤러(113)와 가압접속하는 가압롤러(114)로 이루어졌다. 전사부로부터 반송된 용지(112)는 정착롤러(113)와 가압롤러(114)를 구비한 가압접속부에 의해 가압되면서 가열되어, 용지(112)상의 미정착 토너상이 정착된다. 또한, 배달롤러(116)는 정착롤러(113)의 배면에 배설되고, 토너상이 정착된 용지(112)는 화상형성장치의 외부측에 배출된다.

도 5에 도시되지 않았지만, 프린터제어기(111)는 전술한 데이터변환 및 모터(115) 등의 화사형성장치의 각각의 부분의 제어, 후술하는 주사광학장치의 다각형미러 등을 제어한다.

이하, 본 발명에서 이용되는 주사광학장치에 대하여 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

(실시예 1)

도 1은 본 발명에 의한 OFS멀티빔주사광학장치에 대한 실시예의 주주사단면도이다.

도면에서, (1)은 레이저유닛을 표시하고, 두개의 발광점을 가진 반도체레이저로 구성된 광원(2)과 시준기렌즈(3)을 구비하고, 소정의 광학조정을 행함으로써 거의 평행한 두개의 광빔을 사출한다.

초기조정을 하기 위하여 피주사면의 주사라인의 조도분포는 주사중심축에 대하여 거의 대칭적으로 되고, 본 실시예의 레이저유닛(1)은, 조정기(23)에 의해 주주사방향과 수직하는 부주사방향으로 광원의 발광점을 포함하는 축에 대하여 회전하도록 구성된다.

또한, 이런 경우에 있어서, 두개의 발광점은, 주사광학장치의 화상배율을 고려하여, 소정의 부주사간격을 얻도록 위치결정된다. 예를 들면, 두개의 발광점 사이의 중간점이 회전중심으로 사용되고, 광원을 축에 대하여 회전시켜서는 소정의 부주사간격을 얻도록 구성한다.

또한, 부주사방향의 화상배율이 높지 않는 경우, 발광점은 부주사방향과 평행하는 방향으로 배열되어 소정의 배율로 피주사면에 광을 투영한다.

(4)는 음의 굴절력(부렌즈)을 갖는 발산렌즈를 표시하고, (5)는 통과 광빔을 규제하여 빔형상을 정형하는 조리개플레이트(조리개)를 표시한다. (6)은 부주사방향으로만 소정의 굴절력을 갖는 원통형렌즈를 표시하고, (7)은 레이저유닛(1)로부터 광편향기(10)측으로 사출되는 광빔을 반사하는 반사미러를 표시한다.

발산렌즈(4), 조리개플레이트(5), 원통형렌즈(6), 반사미러(7) 및 후술하는 주사렌즈(8),(9) 등의 각각의 구성요소는 입사광학계(제 1광학계)(21)의 구성요소를 구성한다. (10)은 광편향기로서 12면(회전다각형미러)의 다각형미러를 표시하며, 모터 등의 구동기(도시하지 않음)에 의해 도시되는 화살방향으로 일정한 속도로 회전한다.

(23)은 fθ특성과 결상성능을 가진 결상광학계(제 2광학계)를 표시한다. 결상광학계는, 주주사방향으로 소정의 파워를 가진 제 1 및 제 2주사렌즈(8),(9)를 가진 주사렌즈계(fθ렌즈계)와 부주사방향으로만 소정의 파워를 가진 길이방향의 원통형렌즈를 구비한다. 결상광학계에서, 광편향기(10)에 의해 편향된 광빔은 피주사면(12)에 결상된다. 또한, 광편향기(10)의 편향면(10a)과 피주사면(12)은 부주사단면 내에 서로 거의 공액관계로 되어 편향면의 기울어짐을 보정한다.

또한, 길이방향렌즈(11)는 주주사방향으로 굴절력을 갖지 않는다. 따라서, 부주사방향으로 피주사면(12)상의 스폿직경 및 상면 만곡을 일정하게 유지하기 위해, 부주사단면내의 굴절력은 렌즈의 길이방향으로 변화한다. 따라서, 이러한 형상을 용이하게 형성하기 위하여, 플래스틱사출성형에 의해 얻은 렌즈는 주사렌즈 (8) 및 (9)에 부가하여 길이방향렌즈(11)로 이용된다.

(12)는 피주사면인 감광드럼면을 표시한다.

본 실시예의 구조에서, 입사광학계(21)의 광축과 결상광학계(23)의 광축은, 주주사단면내에 투영되고, 광축은 서로 거의 일치하도록 구성된다. 즉, 각각의 구성요소는, 입사광학계(21)로부터 사출하는 광빔은, 주주사단면내의 광편향기(10)의 편향각도의 중앙 또는 거의 중앙에 있어서 편향면(10a)에 입사한다.

본 실시예에서, 반도체레이저(2)에 의해 광변환되어 사출되는 각각의 광빔은 시준기렌즈(3)에 의해 거의 평행한 광으로 변환되고, 발산렌즈(4)에 의해 약발산광빔으로 변환되고, 조리개판(5)에 의해 제한되어 원통형렌즈(6)로 입사된다.

이하, 원통형렌즈(6)로 입사하는 약발산광빔을 부주사단면내로 수렴광빔화하여, 반사미러(7)를 개재하여 제 2주사렌즈(9)와 제 1주사렌즈(8)를 통과하고, 광편향기(10)의 편향면(10a)에 입사하여, 편향면(10a)의 주변에 거의 라인화상(주주사라방향으로 길게 늘어난 선형화상)으로서 결상된다.

이때에, 도 2에 도시된 바와 같이, 편향면(10a)에 입사하는 광빔은, 광편향기(10)의 회전축과 결상광학계(23)의 광축을 포함하는 부주사단면내에 광편향기(10)의 회전축과 수직한 평면(광편향기의 회전평면)에 대하여 소정의 각도에서 사선으로 입사한다.(사선입사 광학계)

또한, 주주사단면내의 광빔은, 그 상태로, 반사미러(7)를 개재하여 제 2주사렌즈(9)과 제 1주사렌즈(8)를 통과하여 거의 평행광으로 변환되고, 편향면(10a)의 편향면폭에 대하여 광편향기(10)의 편향각의 중앙 또는 거의 중앙으로부터 필요하고 충분하게 확산되도록 설정된다.

각각의 빔폭이 편향기(10)의 편향면(10a)상에서 서로 완전하게 일치한 후, 반사편향된 광빔은 제 1주사렌즈(8), 제 2주사렌즈(9) 및 길이방향렌즈(11)를 개재하여 감광드럼면(12)에 도광된다. 광편향기(10)는 화살방향으로 회전하여 화살B의 방향(주주사방향)으로 광에 의해 감광드럼면(12)을 주사하여 화상기록을 기록매체로서 감광드럼면(12)에서 행한다.

또한, 본 실시예의 주사광학장치는 광편향기(10)에 의해 편향된 복수의 광빔의 부분을 사용하여 피주사면(12)에 복수의 광빔의 주사개시타이밍을 검출하는 검출기(도시하지 않음)를 포함한다.

이하, 여기에서 편향면폭과 일치하는 폭으로 주사 될 광빔이 준비되는 경우에도, 중요한 분포가 각각의 주사라인 마다 전이하는 경우, 조도분포는 대칭 또는 균일하게 되지 않는다.

따라서, 본 발명에 의하면, 광원인 반도체레이저로부터 사출된 광빔의 사출방향과 사출된 광빔의 퍼짐각도는 다음과 같이 특정된다.

2 ≥ ｜α1 - α2｜ ≥ 0 (1)

4 ≥ ｜α1 + α2｜ ≥ 0 (2)

2 ≥ αε/(1 + θε) ≥ 0 (3)

식에서 표현되는 기호에 대하여, 광원인 각각의 레이저의 발광점으로부터 광빔의 사출분포의 중심축과 제 1광학계의 광축에 의해 형성되는 각각의 각도를, 도면에서 표시하는 α1, α2로 하는 경우, 그 차이 ｜α1 - α2｜는 αε로 설정하고, 동일한 표면내에서의 레이저빔방사각의 각각의 전체 각도폭은 θ1 및 θ2로 설정하고, 그 차분 ｜θ₁-θ₂｜ 는 θε로 설정한다.

θi는 각각의 광빔의 강도분포의 피크인 1/e²까지의 범위라고 가정한다.

여기서, α1 및 α2에 관하여, 사출방향이 동일한 경우의 각도를 동일한 부호로하고, 사출방향이 서로 떨어진 방향인 경우에서의 각도는 다른 부호로 한다.

식 (1) 및 (2)에서, 사출방향각도 α의 차분은 2°이내로 억제하고 각각의 광축으로부터의 거리량의 절대값은 2°이내로 억제한다. 따라서, 조명분포 사이의 차이를 방지한다.

또한, 동일한 사출방향의 경우라도, 방사각(θ)이 크게 변화하는 경우, 효과를 얻을 수 없다. 따라서, 방사각은 식(3)에 의해 제한되므로 방사각(θ)과 사출방향이 동일하도록 광원을 설정한다.

편향면(10a)에 의해 절단되는 광빔이 동일한 폭을 갖는 경우라도, 광빔의 가우스분포의 사용영역 사이의 불일치 때문에 주사되는 화상의 동일한 화상높이의 조명강도가 서로 다른 상태를 제한한다.

방사각 θ가 변하면, 광빔폭은 편향면(10a) 보다 넓어지고 편향면에 입사하는 각각의 광빔의 폭은 서로 다르게 된다. 따라서, 광빔의 중심으로부터 편향면폭과 동일한 거리로 절단된 광빔의 단부영역에서의 광량이 동일하지 않게 되는 문제점이 야기된다.

본 발명에 의하면, 편향면(10a)은, 편향면에 반사 편향되는 두개의 광빔의 단부에서의 광량이 주주사단면의 각각의 광빔의 광량분포의 최대치의 1/2이상의 범위내로 이동한다. 따라서, 주사되는 화상의 동일한 화상높이의 조명강도가 서로 다르게 되는 상태를 제한한다.

도 1의 설정은 이하와 같이 된다.

α1 : 1.6도

α2 : 1.8도

θ1 : 34.9도

θ2 : 33.6도

이들 값을 상기 조건식에 적용하면 다음과 같은 값을 갖는다.

αε = 0.2

θε = 1.3

식 (1)의 값은 0.2이고,

식 (2)의 값은 3.4이고,

식 (3)의 값은 0.087이다.

따라서, 각각의 조건식을 만족한다.

조건을 만족하기 위하여, 미리 설정된 광원을 사용한다. 또는, 조정기(24)로서 회전조정기구(24a)가 배설되어 사출축은 상기 조건을 만족하도록 조정된다.

구체적으로, 회전조정의 경우에, 광원의 발광점의 부근을 회전중심으로 가정 하고, 상기 설명한 바와 같이 상기 주주사방향으로 값이 설정되도록 조정을 행한다. 방법은 특별히 제한되지 않는다. 광축과 배치에 관련된 위치관계가 붕괴되지 않으면 어떠한 방법이어도 된다.

상기 설명한 바와 같이, 상기 조건식을 만족하는 경우, 편향기로서 다각형미러의 회전에 따라서 편향면에 의해 절단된 상이한 광빔영역인 경우에도 주사영역의 조명분포의 대칭성을 붕괴하지 않고 광원으로부터 사출된 광빔을 사용하여 주사를 행한다.

본 실시예의 주사영역의 양단부의 조명분포의 강도차이는 4%이내이며, 양호한 화상을 얻기에 적절한 값이다.

또한, 가능하다면, 조명분포의 대칭성을 향상시키기 위하여, 상기 조건식은 다음과 같이 설정되는 것이 바람직하다.

1.7 ≥ ｜α1 - α2｜ ≥ 0 (4)

3.5 ≥ ｜α1 + α2｜ ≥ 0 (5)

2 ≥ αε/(1 + θε) ≥ 0 (6)

두개의 분리광원이 사용되는 경우에 대하여 실시예 2로 설명한다.

(실시예 2)

도 3은 본 실시예의 주주사단면도이다.

도면에서, (31a) 및 (31b)는 레이저유닛을 표시하고, 반도체레이저 및 시준기렌즈(33a) 및 (33b)로 이루어진 광원(32a),(32b)를 구비한다. 두개의 거의 평행한 광빔을 소정의 광조정을 행함으로써 사출한다.

(34a) 및 (34b)는 부의굴절력을 각각 가지는 발산렌즈(부렌즈)를 표시하며, 시준기렌즈로부터 거의 평행한 광빔을 약발산광빔으로 변환한다.

(35a) 및 (35b)는 통과광빔을 규제하여 빔형상으로 형상화하는 조리개판을 표시한다.

(36)은 부주사방향으로만 소정의 굴절력을 가지는 원통형렌즈를 표시하며, 조리개플레이트 (35a) 및 (35b)을 통과하는 광빔은, 부주사단면의 광편향기(40)의 편향면(반사면)(40a)에 거의 선상으로서 결상하고 있다.

(37)은 레이저유닛(31a),(31b)로부터 사출한 광빔을 광편향기(40)측으로 반사하는 반사미러를 표시한다.

발산렌즈 (34a),(34b), 조리개플레이트(35a),(35b), 원통형렌즈(36), 반사미러(37) 및 주사렌즈(38),(39) 등의 각각의 구성요소는 실시예 1과 마찬가지로 입사광학계(21)의 구성요소를 구성한다.

(40)은 광편향기로서 다각형미러(회전다각형미러)를 표시하고, 모터 등의 구동기(도시하지 않음)에 의하여 도면중의 화살방향으로 일정한 속도를 가지고 회전한다.

(23)은 fθ특성과 결상성능을 가진 결상광학계를 표시한다. 결상광학계는, 주주사방향으로 소정의 파워를 가진 제 1 및 제 2주사렌즈(38a),(39b)를 가진 주사렌즈계(fθ렌즈계)와 부주사방향으로만 소정의 파워를 가진 길이방향의 원통형렌즈(길이방향렌즈)(39)를 구비한다. 결상광학계에서, 광편향기(40)에 의해 편향된 광빔은 피주사면(12)에 결상된다. 또한, 광편향기(40)의 편향면(40a)과 피주사면(12)는 부주사단면 내에 서로 거의 공액관계로 되어 편향면의 기울어짐을 보정한다.

또한, 결상광학계는 광편향기(40)에 의해 편향된 복수의 광빔의 일부를 이용하여 피주사면(12)의 복수의 광빔의 주사개시타이밍을 검출하는 검출기(도시하지 않음)를 구비한다.

또한, 길이방향렌즈(39)는 주주사방향으로 굴절력을 갖지 않는다. 따라서, 부주사방향으로 피주사면(12)상의 스폿직경 및 상면만곡을 일정하게 유지하기 위해, 부주사단면내의 굴절력은 렌즈의 길이방향으로 변화한다. 따라서, 이러한 형상을 용이하게 달성하기 위하여, 플래스틱성형에 의하여 렌즈를 제조한다.

(12)는 피주사면인 감광드럼면을 표시한다.

본 실시예의 구조인 경우에도, 입사광학계(21)의 광축과 결상광학계(23)의 광축을, 주주사단면내에 투영할때, 광축은 서로 거의 일치하도록 구성된다.

본 실시예에서, 두개의 입사광빔은 편향 및 반사면인 다각형반사면위에 서로 완전하게 일치한다.

검출기(도시하지 않음)에 의해 검출되는 각각의 빔의 발광타이밍이 제어되는 화상신호는 각각의 광원으로 보내고, 주사면의 각각의 광빔의 기입위치를 서로 일치시키기 위하여 타이밍이 제어된 광빔은 피주사면에 주사하기 위해 이용된다.

본 실시예에서, 편향면과 반사면의 광빔을 서로 일치하는 경우라도, 각각의 광빔에 사용되는 강도분포가 서로 상이한 경우, 화상면의 화상의 동일한 화상높이에서 조사되는 광량의 차이가 생겨서, 기입위치를 서로 일치시키는 경우라도 강도의 불균일이 발생함으로써 화질이 열화된다.

따라서, 두개의 광원으로부터의 이러한 광빔을 사용하여 주사를 행하는 경우라도, 상기 조건식을 규제에 적용하여 화질을 유지한다.

본 실시예에서, 조건은 다음과 같이 설정된다.

α1 : 1.2도

α2 : 1.5도

θ1 : 36.9도

θ2 : 33.8도

αε = 0.3

θε = 3.1

식 (1)의 값은 0.3이고,

식 (2)의 값은 2.7이고,

식 (3)의 값은 0.073이다.

본 실시예의 경우에, α1 및 α2은 각각의 광축에 대한 각도이다. 따라서, 상기 설명한 바와 같이, 광원이 별도 부품의 경우에도, 동일한 방법에 의하여 규제할 수 있다.

별도의 광원을 사용하는 합성계(방사배치)에서, 광원으로부터 광빔의 각각의 분포방향을 개별적으로 제어하는 것이 바람직하다. 따라서, 광원의 위치조절에 대한 자유도가 높다.

또한, 본 실시예에서, 별도의 광원 사이의 개구각도는 6도 이하이다. 이것은 균일한 조도분포를 유지하는 것 이외에 다음과 같은 이유때문이다.

현재, 두개의 레이저로부터 사출된 광빔이 개구각도를 형성하기 때문에, 광빔이 편향면을 주사하는 경우, 주주사방향으로 시간적지연이 초래된다.

이때, 이전의 주사광빔이 주사종료측 단부영역에 도달하고 다음의 주사를 개시하는 경우, 다음의 주사광빔이 종료단부영역에 도달하지 않는다면, 중복조명 등을 일으켜서 화질의 열화를 초래한다.

따라서, 중복조명을 방지하기 위하여, 개구각도를 감소시키는 것이 필수적이다. 그러나, 각각의 광원의 주위에 배치되는 광학소자 등을 고려하여, 개구각도를 어느 정도 크게할 필요가 있다.

상기 관점으로부터, 개구각도를 최소화하는 것이 유효하다. 또한, 개구각도를 편향면으로의 입사각도라고 생각하는 경우, 광빔이 정면으로부터 편향면으로 입사하는 경우에 비하여, 6도 이하의 각도에서 광빔을 편향면에 입사, 투영시키는 경우, 면적의 차이를 0.5%이하로 억제할 수 있다. 따라서, 개구각도와 편향각도로부터 생기는 조명분포의 변동은 문제점이 초래되지 않는 수준으로 억제할 수 있다.

광원에 대한 회전조정과 위치조정을 행하는 경우, 광원이 동일한 기판에 배치되는 경우라도, 두개의 광원 사이에 동기되는 기구가 광원에 대한 위치조정기구로서 사용되면, 부품의 수를 감소시킬 수 있다. 별도의 기판인 경우에, 동일한 부품은 두개의 광원에 대하여 사용할 수 있음으로써 비용의 증가를 억제할 수 있다.

물론, 상기 조건에 적합한 광원을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 설명한 실시예와 같이, 광원의 발광점과 그 주변을 회전중심으로서 사용하여 조정하는 것이 바람직하다. 본 발명에 의한 어떠한 경우에도, 조명분포를 미리 화상주사영역에서 대칭으로 할 수 있다. 따라서, 조립후 다시 조명분포를 조정하는 공정수를 감소시킬 수 있다. 또한, 수율의 개선이 예상되기 때문에 대폭적인 비용저감이 가능하다.

지금까지, 두개의 광빔을 사용하는 주사광학장치에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 예를 들면, 세개 이상의 발광점을 갖는 구조를 사용해도 된다.

이 경우에, 광원은 3개이상의 싱글반도체레이저를 조합해도 좋거나, 3개이상의 발광점이 단일 방향으로 배치되는 모놀리식멀티반도체레이저를 사용해도 좋다.

또한, 3개이상의 발광점을 포함하는 면발광레이저를 사용해도 좋다.

복수의 광원이 조합하는 경우, 상기 방법, 즉, 주주사방향으로 개구각도를 형성하여 광빔을 합성하는 방법(방사배치)을 사용해도 좋다. 또는, 광빔은 프리즘 또는 미러를 사용하여 합성해도 좋다. 따라서, 각각의 경우에 있어서, 본 발명의 조건을 적용하여 주사광학장치를 구성함으로써, 4개이상의 발광점을 포함하는 주사광학장치에 대하여 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시예에서, 12면구조를 갖는 다각형미러에 의하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다. 8면, 10면, 14면 등 고속화를 달성하기 위하여, 면의 수를 필요한 면수로 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 편향기는 다각형미러로 제한되는 것은 아니다. 갈바노미러 등의 편향기를 또한 적용할 수 있다.

(실시예 3)

이하, 네개의 발광점을 포함하는 주사광학장치에 대하여 실시예 3으로서 설명한다.

도 4는 두개의 발광점을 각각 가지는 두개의 모놀리식 멀티반도체레이저를 사용하는 4빔구조에 의한 주사광학장치의 주주사단면도이다.

구성으로서, 빔의 개수는 전술한 바와 같은 도 1의 것과 상이하다. 편의상, 동일한 번호는 도 1과 동일한 기능을 갖는 부품으로 제공된다.

도 1과 상이한 점은, 복수의 레이저유닛(1a),(1b)이 배설되어 있으며, 두개의 레이저유닛로부터 사출된 광빔을 합성하는 하프미러(3)가 사용되는 것이다.

각각의 레이저유닛 (1a)(1b)에서, 두개의 발광점을 가진 모놀리식 멀티반도체레이저를 광원으로 사용한다. 방사각도 (θ1) 내지 (θ4)를 가진 광빔은 각각의 발광점으로부터 α1 내지 α4를 가진 사출축에 사출된다.

본 실시예와 같이 복수의 레이저유닛을 사용하는 시스템은 전술한 실시예와 동일한 방법으로 취급된다. 이 경우에, 각각의 발광점은 이하의 것을 만족하도록 구성된다.

α1 : -0.4도

α2 : 0.9도

α3 : 1.3도

α4 : 0.2도

θ1 : 34.8도

θ2 : 34.1도

θ3 : 34.2도

θ4 : 33.7도

따라서, 다음식이 성립한다.

αε = ｜1.3 - (-0.4)｜ = 1.7

θε = ｜34.8 - 33.7｜ = 1.1

식 (1)의 값은 1.7이고,

식 (2)의 값은 0.9이고,

식 (3)의 값은 1.545이다.

따라서, 두개의 빔에서와 같이, 각각의 광원은 조건식의 범위내로 설정되어 바람직한 화질을 유지할 수 있다.

또한, 합성된 광빔이 조건식에 합치하는 관계인 것이 바람직하다. 따라서, 본 실시예서와 같이 미러를 사용하는 광빔을 합성하는 방법이외에, 주주사방향에 대하여 개구각도를 형성함으로써 다각형편향면의 부근에서 광빔을 집광시키는 방법(실시예 2와 같은 방사배치)인 경우에도, 상기 조건식을 만족하면, 동일한 방법에 의하여 장치를 취급할 수 있는 것은 당연하다.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 복수의 광원을 사용하는 OFS주사광학계에 의하여 주사하는 경우, 광원으로부터 사출된 사출광빔의 분포 및 사출축을 규정한다. 따라서, 피주사면의 조명분포는 거의 대칭적이므로 고속동작에 대처할 수 있는 고화질 주사광학장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 화질개선에 의해 초래된 구조의 확장을 최소화함으로써 비용상승을 억제하면서 주사중심축에 대하여 거의 대칭적으로 조명분포를 행 할 수 있는 주사광학장치를 제공할 수 있다.

도 1은 실시예 1의 OFS 멀티빔주사광학장치의 주주사단면도.

도 2는 실시예 1의 OFS 멀티빔주사광학장치의 부주사단면도.

도 3은 실시예 2의 OFS 멀티빔주사광학장치의 주주사단면도.

도 4는 실시예 3의 OFS 멀티빔주사광학장치의 주주사단면도.

도 5는 본 발명에 의한 멀티빔주사광학장치를 이용하는 화상형성장치를 도시하는 도.

<도면의 부호에 대한 상세한 설명>

1 : 레이저유닛 4 : 발산렌즈

5, 35 :조리개플레이트 6 : 원통형렌즈

7 : 반사미러 8, 9 : 주사렌즈

10, 40 : 광편향기 11 : 길이방향렌즈

12 : 감광드럼면 21 : 입사광학계

23 : 조정기 31 : 레이저유닛

32 : 광원 33a : 반도체레이저

33b : 기준기렌즈 34 : 발산렌즈

36 : 원통형렌즈 37 : 반사미러

38, 39 : 주사렌즈 100 : 광주사유닛

101 : 감광드럼 102 : 대전롤로

103 : 광빔 104 : 화상형성장치

107 : 현상기 109 : 용지카세트

111 : 프린터제어기 112 : 용지

113 : 정착롤러 114 : 가압롤러

Claims

적어도 두개의 발광점으로부터 사출된 적어도 두개의 광빔을 편향수단으로 도광하는 제 1광학계와;

피주사면에 편향수단에 의해 편향된 적어도 두개의 광빔을 광스폿으로서 결상하는 제 2광학계를 구비하는 주사광학장치로서,

상기 편향수단의 편향면에 입사하는 광빔은 주주사방향으로 편향면보다 넓은 광빔으로 설정되며,

주주사단면에서, 적어도 두개의 발광점으로부터 광빔의 사출분포의 중심축과 각각에 대응하는 제 1광학계의 광축 사이에 형성되는 각각의 각도를 αi로 하고, 광축으로부터 가장 먼 거리에 위치하는 두개의 광빔에 대한 αi의 각도를 α1, α2로 하고, αi의 각도 사이에 형성된 최대차를 αε로 하고, 주주사단면이내의 적어도 두 개의 발광점으로부터 광빔의 방사각의 각각의 전체각도폭을 θi로하고, 전체각도폭의 차이가 최대인 두개의 빔방사각을 θ1, θ2로 하며, 빔방사각의 차를 θε = ｜θ1 - θ2｜로 하는 경우,

2 ≥ ｜α1 - α2｜ ≥ 0

4 ≥ ｜α1 + α2｜ ≥ 0 및,

2 ≥ αε/(1 + θε) ≥ 0

(식중, θi는 각각의 광빔의 강도분포피크의 1/e²까지의 범위임).

을 만족하는 것을 특징으로 하는 주사광학장치.
제 1항에 있어서,

상기 피주사면의 유효주사영역의 양단부의 광빔의 조도분포의 강도차는 4%이내인 것을 특징으로 하는 주사광학장치.
제 1항에 있어서,

상기 제 1광학계는 제 3광학계와 제 4광학계를 구비하고, 적어도 두개의 발광점중 한쪽으로부터 사출된 광빔을 편향수단으로 도광하는 제 3광학계의 광축과 다른 발광점으로부터 사출된 광빔을 편향수단으로 도광하는 제 4광학계의 광축은, 주주사단면내의 소정의 개구각도를 형성하면서 편향수단의 편향면으로 입사하는 것을 특징으로 하는 주사광학장치.
제 1항에 있어서,

상기 적어도 두개의 발광점은 모놀리식멀티반도체레이저에 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 주사광학장치.
제 1항에 있어서,

적어도 두개의 발광점으로부터 사출된 적어도 두개의 광빔은 제 1광학계의 빔합성계에 의해 합성되고, 편향수단의 편향면에 도광되는 것을 특징으로 하는 주사광학장치.
제 1항에 있어서,

상기 제 1광학계의 편향수단의 편향면으로 입사하는 입사광축과 제 2광학계의 광축은 주주사단면에 투영되고, 두개의 광축을 서로 거의 일치시키는 것을 특징으로 하는 주사광학장치.
제 1항에 있어서,

적어도 두개의 발광점으로부터 사출된 적어도 두개의 광빔은 부주사단면내의 편향수단의 편향면에 대하여 기울어진 방향으로부터 입사하는 것을 특징으로 하는 주사광학장치.
제 1항에 있어서,

상기 적어도 두개의 발광점은 적어도 주주사방향으로 서로 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 주사광학장치.
제 8항에 있어서,

상기 편향수단의 편향면에 입사하는 적어도 두 개의 광빔의 주요광선중, 그들 사이에 가장 큰 각을 이루는 주광선 사이에 형성된 각도가 0도 내지 6도인 것을 특징으로 하는 주사광학장치.
제 1항에 있어서,

상기 적어도 두개의 발광점은 부주사방향으로만 서로 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 주사광학장치.
제 1항에 있어서,

상기 편향수단의 편향면은, 주주사단면에서, 광빔의 광량이 편향수단의 편향면에 입사하는 적어도 두개의 광빔의 각각의 광량분포의 최대치의 1/2이상인 범위내로 이동하는 것을 특징으로 하는 주사광학장치.
제 1항에 있어서,

상기 주사광학장치는 적어도 세개의 발광점에 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 주사광학장치.
삭제
삭제
제 1항에 있어서,

1.7 ≥ ｜α1 - α2｜ ≥ 0

3.5 ≥ ｜α1 + α2｜ ≥ 0, 및

2 ≥ αε/(1 + θε) ≥ 0을 만족하는 것을 특징으로 하는 주사광학장치.
청구항 제 1 내지 제 12항 및 제 15중 어느 한 항에 기재된 주사광학장치와;

피주사면에 위치하는 감광체와;

주사광학장치에 의해 주사된 광빔에 의해 감광체에 형성된 정전잠상을 토너상으로서 현상하는 현상기와;

현상된 토너상을 피전사재로 전사하는 전사기와;

전사된 토너상을 피전사재로 정착시키는 정착기와

를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
청구항 제 1 내지 제 12항 및 제 15항 중 어느 한 항에 기재된 주사광학장치와;

외부장치로부터 입력된 코드데이터를 화상신호로 변환하여 화상신호를 주사광학장치로 입력하는 프린터제어기를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.