KR100558328B1

KR100558328B1 - 광주사장치

Info

Publication number: KR100558328B1
Application number: KR1019980024808A
Authority: KR
Inventors: 유봉준
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 2006-10-04
Also published as: KR20000003554A

Abstract

본 발명은 2매의 플라스틱렌즈로 구성된 주사광학계에서 환경변화, 렌즈제작시의 오차 및 유니트의 배치오차등에 의한 성능의 저하를 최소화 하면서 편향면에서 피주사면까지의 거리를 기존 광학계에 비해 비교적 짧게하여 유니트의 소형화가 가능하도록한 광주사장치에 관한 것으로서, 특히 광원으로부터 출사되는 광속을 결상광학계를 통하여 회전다면경에 의해 편향시킨후 주사렌즈계를 통하여 피주사면상에 결상시켜주는 주사광학장치에 있어서, 정(+)의 굴절능을 가지는 제1주사렌즈와 부(-)의 굴절능을 가지는 제2주사렌즈로 구성된 특징이 있다.

Description

광주사장치

본 발명은 광주사장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 2매의 플라스틱 렌즈로 구성된 주사광학계로서 편향면에서 피주사면 까지 거리가 짧고, 면의 형상도 비교적 금형가공이 용이하도록 구성되며 피주사면 상에서의 빔사이즈 편차를 최소화하여 실제렌즈 제작시 발생하는 형상 오차로 인한 스팟 사이즈 변화를 최소화한 광주사장치에 관한 것이다.

일반적으로 광주사장치는 레이저 다이오드(1)로부터 광 변조된 광속은 콜리메이터 렌즈(2)에 의해 거의 평행한 광속이 된후 주주사 방향으로 장공의형태를 가지는 슬릿(3)을 통과한다. 슬릿(3)을 통과한 광속은 부주사 방향으로 굴절능을 가지는 실린더 렌즈(4)에 입사되고, 실린더 렌즈(4)를 통과한 후 주주사 방향의 광속은 거의 평행광으로 회전다면경(5)의 반사면에 입사후 주사렌즈계(6)로 편향되고, 부주사 방향의 광속은 회전다면경(5)의 반사면상에 결상된후 주사렌즈계로 편향된다.

이때, 회전다면경(5)의 각 반사면이 회전축에 대해 경사진 각도오차(wobble)가 있다면 피주사면상에서 광속이 결상될 때 부주사 방향으로 스팟사이즈에 악영향을 미치게 된다. 그래서 일본 특개평 4-110817 에서는 각도오차에 의한 영향을 최소화하기 위해서 주사렌즈계에 주주사와 부주사 방향으로 서로 다른 곡률반경을 가지는 토릭(toric)면을 사용하고, 회전다면경의 반사면과 피주사면을 광학적인 공액관계(optical conjugate point)를 이루도록 하는 것을 제안하고 있다.

또한 미국특허 USP 4,639,072호 에서는 피주사면 근방에 실린더 렌즈를 배치하여 각도오차에 의한 성능의 악영향을 막고자 하였다. 주사렌즈계(6)는 회전다면경(5)에 의해서 편향된 광속을 피주사면상에 부주사 방향으로 장축을 가지는 타원형 스팟을 결상시키는 동시에, 전체 주사범위에 대해서 fㆍθ 특성을 만족시킨다.

또한 회전다면경(5)이 회전할 때 편향면의 위치가 바뀌면서 앞서 언급한 광학적인 공액관계가 유지되지 않아 부주사 방향의 결상점이 피주사면상에서 좌우 비대칭적으로 나타나는 현상이 발생하여, 미국 특허 USP 5,448,502호 에서는 피주사면 근방에 있는 주사렌즈에 부주사 방향의 곡률반경이 좌우 비대칭으로 형성된 변형 실린더 렌즈(deformed cylindrical lens)를 사용하여 부주사 방향의 결상점 쉬프트를 최소화 하는 제안을 하였다.

그러나 높은 광학성능, 화각의 광각화 및 양호한 fㆍθ 특성을 유지하기 위해서는 전체 주사계의 초점거리(f)와 편향점에서 상면까지의 거리(L)의 비가 L/f ＞ 1.33 정도 되어 유니트의 소형화가 어렵고, 피주사면의 양끝단의 수차보정이 어려워 환경변화 및 렌즈제작시의 형상등에 의해 피주사면 양끝단에서의 성능저하가 발생한다.

본 발명은 종래의 여러 가지 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 2매의 플라스틱렌즈로 구성된 주사광학계에서 환경변화, 렌즈제작시의 오차 및 유니트의 배치오차등에 의한 성능의 저하를 최소화 하면서 편향면에서 피주사면까지의 거리를 기존 광학계에 비해 비교적 짧게하여 유니트의 소형화가 가능하도록한 광주사장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광원으로부터 출사되는 광속을 결상광학계를 통하여 회전다면경에 의해 편향시킨후 주사렌즈계를 통하여 피주사면상에 결상시켜주는 주사광학장치에 있어서, 정(+)의 굴절능을 가지는 제1주사렌즈와 부(-)의 굴절능을 가지는 제2주사렌즈로 구성된 특징이 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

레이저 다이오드(10) 등으로 구성된 광원부에서 발산되는 광속은 콜리메타 렌즈(20)에 의해 거의 평행한 광속이 되고 주주사 방향으로 장축을 가지는 타원형의 슬릿(30)을 통과하고 부주사 방향으로 정(+)의 굴절능을 가지는 실린더 렌즈(40)를 통과한다. 실린더 렌즈(40)를 통과한 광속은 주주사 방향으로는 거의 평행하고 부주사 방향으로는 선형 이미지가 되어 회전다면경(50)에 입사하게 된다. 회전다면경(50)의 반사면에 의해 반사된 광속은 주사렌즈계(60)로 편향,입사되고, 피주사면(70) 상에 등속 직선운동을 하며 부주사 방향으로 다소 큰 장축의 타원형 스팟을 맺게 된다.

이때 주사렌즈계(60)는 주자사 방향으로 정(+)의 굴절능을 가지는 제1주사렌즈(61)와 부(-)의 굴절능을 가지는 제2주사렌즈(62)로 구성되고, 부주사 바향으로는 모두 정(+)의 굴절능을 가지도록 하였다. 앞서 기술한 바와 같이 회전다면경(50)의 편향점과 피주사면(70) 사이에는 광학적인 공액관계(conjugate point)가 형성되어 있어 회전다면경(50)의 반사면이 회전축에 대해 부주사 방향으로 어느정도의 각도오차를 갖고 있어도 피주사면상의 동일선상에 초점을 맺게된다. 이때 부주사 방향으로 더 큰 굴절력을 가지도록 구성하였다.

본 실시예에 있어서 주사렌즈계(60)는 회전다면경(50)의 인접면에 요(凹) 형상의 구면을 배치하여 면의 틀어짐에 의한 결상특성의 악화를 방지하는 동시에 주사렌즈계(60)를 통과하는 광속의 투과율 편차를 최소화 하도록 하였다. 그 외 3개의 면에는 주주사와 부주사 방향으로 서로 다른 곡률반경을 가지며 주주사 방향으로 비구면의 형상을 가지는 회전 비대칭 비구면(식 1)을 사용하여 상면만곡 및 fㆍθ 특성을 양호하게 보정하도록 하였다.

그리고 제 1 주사렌즈(61)의 굴절능이 전체 굴절능과 거의 갖도록 굴절능을 배분하여 피주사면에 인접한 제2주사렌즈(62)가 현상기등에서 발생하는 온도등의 환경변화에 덜 민감하도록 하였고, 제1주사렌즈(61)와 제2주사렌즈(62)가 다음의 조건식들을 만족하도록 하여 피주사면(70) 상에서 양호한 광학성능을 유지하도록 하였다.

제1주사렌즈 및 제2주사렌즈의 주주사 방향의 초점거리를 각각 f₁,f₂라고 할 때

0.03 ＜｜f₁/f₂｜＜ 0.6 --------- (식 1)

의 조건을 만족하는 주사렌즈계로서, 조건식 1을 만족하면 피주사면상에서 주주사 방향의 상면만곡 보정이 유리하다.

제1주사렌즈 및 제2주사렌즈의 부주사 방향의 초점거리를 각각 f₁′, f₂´라고 할 때

0.6 ＜｜f₁´/f₂´｜＜ 1.3 --------- (식 2)

의 조건을 만족하는 주사렌즈계로서, 조건식 2를 만족하면 피주사면상에서 부주사 방향의 상면만곡 보정이 유리하다.

제1주사렌즈의 중심두께를 d₂, 제1주사렌즈와 제2주사렌즈 사이의 거리를 d₃라고 할 때

0.2 ＜ d₂/ d₃ ＜ 0.5 --------- (식 3)

의 조건을 만족하는 주사렌즈계로서, 조건식 3을 만족하면 주사렌즈의 크기를 제한하는 동시에 광화각의 주사범위내에 양호한 fㆍθ 특성을 얻을수 있다.

주사렌즈계의 주주사 방향의 초점거리를 f, 회전다면경의 편향점에서 피주사면 까지의 거리를 L이라고 할 때

0.75 ＜ f / L ＜ 0.85 --------- (식 4)

를 만족하는 주사렌즈계로서, 조건식 4를 만족하면 주사계 전체의 크기를 제한할수 있어 유니트의 소형화를 용이하게 할수 있다.

위 조건들을 바탕으로 주사렌즈계(60)를 구성하면 종래의 주사렌즈계에 비해 금형성형이 용이한 면형상을 가질수 있고, 비교적 렌즈의 두께를 줄일수 있으며, 주사렌즈계를 축소하는 것이 유리하다.

지금까지 설명한 위와 같은 형상을 가지는 주사렌즈를 글래스 재료로 제작하기는 곤란하여 플라스틱을 이용하여 제작된다. 본 발명에서는 지오넥스(Zeonex)라는 폴리우레탄 수지를 이용하였다. 이 수지는 기존에 많이 사용하던 PMMA와 비교하여 온도 및 습도에 따른 굴절율 및 형상의 변형이 적어 고정도의 광학계에 적합하다.

하기의 식 1)은 본 실시예에 사용한 회전 비대칭 비구면 식이다.

단, 여기서 X축은 부주사 방향, Y축은 주주사 방향, Z축은 광축방향을 나타내고, R은 광축근방의 주주사 방향 곡률반경, K는 주주사 방향의 원축곡면계수, A는 4차항의 비구면 계수, B는 6차항의 비구면계수, C는 8차항의 비구면계수를 각각 나타낸다.

본 발명의 바람직한 설계데이터는 다음 표와 같다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면 레이저빔 프린터 복합기(Multi-function printer) 등에 적용되는 2매의 플라스틱 렌즈로 구성된 주사 광학계에서 환경변화, 렌즈 제작시의 오차 및 유니트의 배치오차 등에 의한 성능저하를 최소하 하면서 편향점에서 피주사면 까지의 거리를 기존 광학계에 비해 비교적 짧게 하여 유니트의 소형화를 꾀할수 있다. 또한 가급적 렌즈면을 금형성형이 용이하도록 하고, 온도 및 습도 등의 환경변화에 따른 성능의 저하를 줄일수 있는 등의 효과가 있다.

도 1은 종래 광주사장치의 평면도 및 정면도,

도 2는 본 발명 광주사장치의 평면도 및 정면도,

도 3은 본 발명의 상면 만곡도,

도 4는 본 발명의 fㆍθ 특성도,

도 5는 본 발명의 피주사면 상에서의 스팟사이즈를 나타낸 선도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 레이저 다이오드 50 : 회전다면경

60 : 주사렌즈계 61 : 제1주사렌즈

62 : 제2주사렌즈 70 : 피주사면

Claims

광원으로부터 출사되는 광속을 결상광학계를 통하여 회전다면경에 의해 편향시킨후 주사렌즈계를 통하여 피주사면상에 결상시켜주는 주사광학장치에 있어서,

정(+)의 굴절능을 가지는 제1주사렌즈와 부(-)의 굴절능을 가지는 제2주사렌즈를 포함하며,

상기 제1주사렌즈 및 제2주사렌즈의 주주사 방향의 초점거리를 각각 f₁,f₂라고 할때,

0.03 ＜｜f₁/f₂｜＜ 0.6

의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광주사장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제1주사렌즈 및 제2주사렌즈의 부주사 방향의 초점거리를 각각 f₁´,f₂´라고 할 때

0.6 ＜｜f₁´/f₂´｜＜ 1.3

의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광주사장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제1주사렌즈의 중심두께를 d₂, 제1주사렌즈와 제2주사렌즈 사이의 거리를 d₃라고 할 때

0.2 ＜ d₂/ d₃ ＜ 0.5

의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광주사장치.
제 1 항에 있어서, 상기 주사렌즈계의 주주사 방향의 초점거리를 f, 회전다면경의 편향점에서 피주사면 까지의 거리를 L이라고 할 때

0.75 ＜ f/ L ＜ 0.85

의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광주사장치.