KR100584584B1 - 회전 다면경 디바이스 및 이를 채용한 주사 광학장치 - Google Patents

회전 다면경 디바이스 및 이를 채용한 주사 광학장치 Download PDF

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Abstract

복수의 미러면을 가지는 회전 다면경과, 이 회전 다면경의 하면에 마련된 회전 다면경의 외접원보다 크거나 같은 디스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 다면경 디바이스 및 이를 채용한 주사 광학장치가 개시되어 있다.
개시된 바에 따르면, 회전 다면경의 하면에 디스크를 구비하므로, 회전 다면경 회전시 주변에서 유동이 정체됨으로써 발생될 수 있는 미러면 오염을 방지할 수 있다.

Description

회전 다면경 디바이스 및 이를 채용한 주사 광학장치{Polygon mirror device and optical scanning apparatus employing it}
도 1은 주사 광학장치에 사용되는 종래의 회전 다면경을 개략적으로 보여준다.
도 2는 종래의 회전 다면경이 회전될 때 발생되는 유동 유형을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 종래의 회전 다면경의 측면에서 볼 때, 받음각이 음인 구간에서의 유동의 흐름을 개략적으로 보여준다.
도 3b는 종래의 회전 다면경의 측면에서 볼 때, 받음각이 음인 구간에서의 유동의 분포를 보여준다.
도 4는 종래의 회전 다면경 상방에서 볼 때, 회전 다면경이 반시계 방향으로 회전될 때의 회전 다면경 주변의 압력 분포를 보여준다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 회전 다면경 디바이스를 보인 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 회전 다면경 디바이스가 회전될 때, 회전 다면경 주위의 압력 분포를 보여준다.
도 7은 본 발명에 따른 회전 다면경 디바이스를 채용한 주사 광학장치의 일 실시예를 개략적으로 보여준다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10...회전 다면경 디바이스 11...회전 다면경
13...미러면 15...디스크
17...회전자 프레임 31...광원
35...에프-세타(f-θ) 렌즈 50...감광매체
본 발명은 주사 광학장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광 주사를 위해 사용되는 회전 다면경 디바이스 및 이를 채용한 주사 광학장치에 관한 것이다.
일반적으로, LSU(Laser Scanning Unit)와 같은 주사 광학장치는 복사기, 프린터, 팩시밀리 등과 같이 인쇄용지에 화상을 인쇄하는 화상기록장치에 적용되어, 레이저 다이오드와 같은 광원으로부터 출사된 광빔을 화상형성장치의 감광매체에 주사하여 정전잠상(electrostatic latent image)을 형성하는 장치이다.
도 1은 주사 광학장치에 사용되는 종래의 회전 다면경을 개략적으로 보여준다.
도 1을 참조하면, 종래의 회전 다면경(polygon mirror: 1)은 다수의 사각형 미러면(3)을 가지며, 주사 광학장치에 광빔을 편향시키는 광 편향기로 사용된다. 회전 다면경(1)은 화상 형성동작 동안 모터 등의 구동수단에 의해 일정 속도로 회 전된다.
주사 광학장치는 회전 다면경(1)을 회전시킴으로서, 피주사면 상에 주주사 방향으로 광빔을 주사하게 되고, 이에 의해 감광 드럼 상에 화상 기록을 행하게 된다.
도 2는 종래의 회전 다면경(1)이 회전될 때 발생되는 유동 유형을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 미러면(3)의 한 단면에서 회전 다면경(1)의 회전에 대해 받음각(angle of attack)이 양인 구간(A+)과 음인 구간(A-)으로 분류될 수 있다. 유동이 미러면(3)과 가까워지느냐 멀어지느냐에 따라 받음각이 양과 음으로 구분된다. 실제로 회전하는 것은 회전 다면경(1)이므로, 회전 다면경(1)이 반시계 방향으로 회전한다면, 상대적으로 볼 때, 즉, 회전 다면경(1)이 정지해 있다고 볼 때, 회전 다면경(1) 주변의 유동은 시계 방향의 탄젠셜한 속도 성분을 갖는다.
도 2에서의 양인 구간(A+)과 음인 구간(A-)은 회전 다면경(1)이 반시계 방향으로 회전하는 경우에 알맞게 광이 입사되는 경우에 대한 것이며, 회전 다면경(1)이 시계 방향으로 회전하는 경우에는 그 양인 구간(A+)과 음인 구간(A-)이 서로 바뀐다.
회전 다면경(1) 회전시, 받음각이 양인 구간(A+)은 맞바람을 받으므로 유동이 원활하게 흐르며 속도가 빠르다.
하지만, 받음각이 음인 구간(A-)은 도 3a 및 도 3b에 보여진 바와 같이, 회 전 다면경(1)의 상단면(5)과 하단면(7)에서 흐름이 유입되어 재순환(recirculation) 됨에 의해, 유동의 속도가 감소하여 흐름이 정체된다.
도 3a 및 도 3b는 각각 종래의 회전 다면경(1)의 측면에서 볼 때, 받음각이 음인 구간(A-)에서의 유동의 흐름 및 유동의 분포를 개략적으로 보여준다.
종래의 회전 다면경(1)에서 나타나는 유동 형태는, 도 3a 및 도 3b에 보여진 바와 같이, 회전 다면경(1)의 상단면(5)과 하단면(7)에서 각각 흐름이 유입되는 일종의 분리 흐름(separation flow)으로, 정체 또는 재순환구간이 존재한다는 것을 알 수 있다.
도 4는 종래의 회전 다면경(1) 상방에서 볼 때, 회전 다면경(1)이 반시계 방향으로 회전될 때의 회전 다면경(1) 주변의 압력 분포를 보여준다. 도 4에서 밀하게 나타낸 부분이 압력이 큰 영역이다.
도 4를 참조하면, 회전 다면경(1)의 주위의 압력 분포를 살펴본 결과, 받음각이 양인 구간(A+)에서는 유동의 속도가 크고 압력(static pressure)이 작은 반면에, 받음각이 음인 구간(A-)에서는 유동의 속도가 작고 압력은 상대적으로 크다.
따라서, 먼지나 불순물이 회전 다면경(1)을 지날 때 받음각이 양인 구간(A+)에서는 유동이 원활하여 먼지가 적층되는 일이 없으나, 받음각이 음인 구간(A-)에서는 흐름이 정체 또는 재순환되어 먼지나 불순물이 쌓이게 된다.
상기와 같이, 종래의 회전 다면경(1)에서는 유동이 정체되는 구간이 존재하 며, 회전속도 증가에 따라 정체구간에서의 압력 손실(loss)이 증가하며, 결국 이러한 유동에 의하여 미러면(3)이 국부적으로 오염된다.
회전 다면경(1)에서의 이러한 미러면(3)의 국부적인 오염은 반사율을 국부적으로 저하시키기 때문에, 화상형성장치에 의해 형성된 화상에 농도 얼룩을 발생시키거나, 화상 개시 위치를 알아내는 주사 개시신호의 신뢰성 저하 등을 유발할 수 있다. 또한, 미러면(3)의 오염 때문에 회전 다면경(1)을 교환하거나 미러면(3)에 대한 클리닝 작업을 자주 해줘야 하는 문제가 생길 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 회전시 주변에서 유동이 정체됨으로써 발생될 수 있는 미러면 오염을 방지하도록 구조가 개선된 회전 다면경 디바이스 및 이를 채용한 주사 광학장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 회전 다면경 디바이스는, 복수의 미러면을 가지는 회전 다면경과; 이 회전 다면경의 하면에 마련된 상기 회전 다면경의 외접원보다 크거나 같은 디스크;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 디스크는 상기 회전 다면경에 조립되거나, 상기 회전 다면경과 일체로 성형이나 가공 형성될 수 있다.
상기 디스크 하부에 회전자 프레임;을 더 구비할 수 있다.
이때, 상기 회전자 프레임은 상기 디스크에 조립되거나, 상기 디스크와 일체 로 성형이나 가공 형성될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광원과; 구동원의 회전 구동에 의해 상기 광원으로부터 출사된 광빔을 반사시켜 편향시키는 회전 다면경 디바이스와; 상기 회전 다면경 디바이스에서 반사/편향된 광빔을 피주사면 상에 결상시키기 위한 결상 광학계;를 포함하는 주사 광학장치에 있어서, 상기 회전 다면경 디바이스는, 복수의 미러면을 가지는 회전 다면경과; 이 회전 다면경의 하면에 마련된 상기 회전 다면경의 외접원보다 크거나 같은 디스크;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 회전 다면경 디바이스 및 이를 채용한 주사 광학장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 회전 다면경 디바이스를 보인 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 회전 다면경 디바이스(10)는, 복수의 미러면(13)을 가지는 회전 다면경(11)과, 이 회전 다면경(11)의 하면에 마련된 상기 회전 다면경(11)의 외접원보다 크거나 같은 디스크(15)를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 회전 다면경 디바이스(10)는, 회전 다면경(11) 회전시, 유동의 분리 흐름에 의한 재순환영역을 작게 하거나 없게 하기 위하여, 회전 다면경(11)의 하면에 회전 다면경(11)의 외접원보다 크거나 같은 디스크(15) 형태를 회전 다면경(11)과 일체로 가공 또는 성형 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 회전 다면경 디바이스(10)는 회전 다면경(11) 회전시, 유동의 분리 흐름에 의한 재순환영역을 작게 하거나 없게 하기 위하여, 회전 다면 경(11)의 하면에 회전 다면경(11)의 외접원보다 크거나 같은 디스크(15)를 삽입하여 조립한 구조를 가질 수 있다. 즉, 회전 다면경(11)과 구동 모터 사이의 회전 다면경(11) 하면에 디스크(15)가 삽입된 구조로 이루어질 수 있다.
도 5에서는 회전 다면경(11)의 하면에 디스크(15) 형태가 일체로 형성된 예를 보여준다.
한편, 본 발명에 따른 회전 다면경 디바이스(10)에는, 구동 모터의 고정자(stator)에 대해 회전하는 회전자 프레임(rotor frame:17)이 더 구비될 수 있다. 이 회전자 프레임(17)은 디스크(15)에 조립되거나 디스크(15)와 일체로 가공 또는 성형 형성될 수 있다.
즉, 회전 다면경(11), 디스크(15) 및 회전자 프레임(17)이 일체로 가공 또는 성형 형성될 수 있다. 또한, 회전 다면경(11) 및 디스크(15)가 일체로 가공 또는 성형 형성되고, 회전자 프레임(17)이 디스크(15)에 조립될 수도 있다. 또한, 디스크(15)와 회전자 프레임(17)이 일체로 가공 또는 성형 형성되고, 이와 회전 다면경(11)이 조립될 수도 있다. 또한, 각각 별개로 제조된 회전 다면경(11), 디스크(15) 및 회전자 프레임(17)이 조립될 수도 있다.
여기서, 본 기술분야에서 잘 알려져 있는 바와 같이, 일반적인 회전 다면경 디바이스와 구동 모터 조립체에서 회전하는 부분 즉, 회전자(rotor)는 구동 모터 회전축에 결합된 회전자 프레임, 회전자 프레임에 삽입 설치된 회전 다면경, 회전 다면경을 회전자 프레임에 고정시키는 미러 고정부재와, 회전자 프레임에 결합된 회전자 하우징, 회전자 하우징 내측면에 설치되는 자석으로 이루어진다.
따라서, 일체로 된 회전자 프레임(17)을 구비하는 본 발명에 따른 회전 다면경 디바이스는, 회전 다면경(1)과 회전자 프레임(17) 사이에 상기 디스크(15)가 삽입된 구조일 수도 있고, 회전자 프레임(17)의 회전 다면경(1) 안착면이 원판 디스크형태로 가공 또는 성형된 구조일 수도 있다.
본 발명에 따른 회전 다면경 디바이스에서와 같이, 회전자 프레임(17)이 일체로 형성된 경우에는, 회전 다면경을 회전자 프레임에 고정시키는 미러 고정부재가 불필요하므로, 조립체의 구조가 훨씬 간단해지며, 조립 공정이 용이해지는 이점이 있다.
상기와 같이, 회전 다면경(11)의 하방에 외접원경보다 크거나 같은 디스크(15)를 가지는 본 발명에 따른 회전 다면경 디바이스(10)에 의하면, 회전 다면경(11)의 상단면과 하단면에서 각각 흐름이 유입되는 분리 흐름에 의한 재순환영역을 작게 하거나 없앨 수 있다. 즉, 분리 흐름이 발생하고 후류의 순환 정체가 있는 영역을 줄일 수 있다.
또한, 도 6에 보여진 바와 같이, 본 발명에 따른 회전 다면경 디바이스(10)가 회전될 때, 회전 다면경(11) 주위의 압력 분포는 원주방향으로 균일하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 회전 다면경 디바이스(10)에 의하면, 미러면(13)에서의 먼지 쌓임이 최소화되어 회전다면경(11)의 미러면(13) 표면의 오염이 방지된다. 즉, 본 발명에 따른 회전 다면경 디바이스(10)에 의하면, 정체 구간의 크기 및 압력 손실이 감소될 수 있으며, 회전 다면경(11)의 회전에 대해 압력 분포가 고르게 되어, 먼지 쌓임의 원인이 감소되며, 이에 의해 미러면(13) 오염이 방지된다.
도 7은 본 발명에 따른 회전 다면경 디바이스(10)를 채용한 주사 광학장치의 일 실시예를 개략적으로 보여준다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 주사 광학장치는, 광원(31)과, 상기 광원(31)으로부터의 광빔을 편향시키기 위한 광 편향기와, 상기 광 편향기와 피주사면에 위치된 감광 매체(50) 사이에 배치된 에프-세타(f-θ) 렌즈(35)를 포함하여 구성된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 주사 광학장치는, 광원(31)으로부터 출사된 발산광을 평행광으로 변환시키는 콜리메이팅렌즈(32)와, 부주사 방향으로만 소정의 굴절력을 가져 광 편향기의 편향면에 선형상으로 광을 집속시키기 위한 실린드리컬 렌즈(33)를 더 포함할 수 있다.
상기 광원(31)으로부터 출사된 광은 콜리메이팅렌즈(32)에 의해 평행광으로 변환되며, 이 평행광은 실린드리컬 렌즈(33)를 거쳐 광 편향기로 입사된다. 도 7에서는 상기 광원(31)으로 레이저빔을 출사하는 레이저 다이오드를 구비할 수 있다. 상기 광원(31)으로는 다른 종류의 레이저장치가 적용될 수도 있다.
상기 실린드리컬 렌즈(33)는 부주사방향으로만 소정의 굴절력을 가져 레이저빔이 주주사 방향으로 광 편향기의 편향면 즉, 회전 다면경(11)의 미러면(13)에 사실상 선형인 상으로 결상되도록 한다.
상기 광 편향기로는 편향면으로 사용되는 미러면(13)을 다수개 가지는 본 발명에 따른 회전 다면경 디바이스(10)를 사용한다.
상기 회전 다면경 디바이스(10)는 앞서 설명한 바와 같이, 다수의 미러면(13)을 가지는 회전 다면경(11)과 이 회전 다면경(11)의 하방에 위치된 오염 방지용 디스크(15)를 구비한다.
상기 회전 다면경 디바이스(10)는 화상 형성동작 동안 구동 모터(20)에 의해 일정 속도로 회전된다.
상기 에프-세타 렌즈(35)는 결상 광학계로, 회전 다면경(11)과 감광 매체(50) 예컨대, 감광 드럼 사이에 배치되어 있다. 이 에프-세타 렌즈(35)는 주주사 방향 및 부주사 방향으로 서로 다른 굴절력을 가지며, 회전 다면경(11)의 미러면(13)에서 편향/반사된 레이저 빔을 감광 매체면(51) 상으로 유도한다.
한편, 상기 에프-세타 렌즈(35)와 감광 매체(50) 사이의 광경로 상에는 에프-세타 렌즈(35)를 통과한 광을 반사시켜 감광 매체면(51)으로 향하도록 하는 반사 미러(36)를 더 구비할 수 있다. 또한, 상기 에프-세타 렌즈(35)를 통과한 광의 일부를 반사시키는 반사미러(37)와, 상기 반사미러(37)에서 반사된 광을 수광하여 주사선별 광주사가 시작되는 수평 동기를 맞추어 주기 위한 광센서(38)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 주사 광학장치는 회전 다면경 디바이스(10)를 회전시킴으로써, 감광 매체면(51) 상에 주주사 방향으로 광빔을 주사하게 되고, 이에 의해 감광 매체(50) 상에 화상 기록을 행하게 된다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 주사 광학장치는 회전 다면경(11)이 분리 흐름에 의한 재순환영역을 작게 하거나 없애, 오염이 방지되는 구조를 가지므로, 고속 회전시에도 미러면(13)이 오염이 방지될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 주사 광학장치를 채용한 화상형성장치에서는 형성된 화상에 농도 얼룩이 발생하지 않 으며, 화상 개시 위치를 알아내는 주사 개시신호의 신뢰성 저하가 방지되며, 미러면(13)의 오염에 기인한 회전 다면경(11)의 교환 및 클리닝 부담도 현저히 줄일 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 회전 다면경의 하면에 디스크를 구비하므로, 회전 다면경 회전시 주변에서 유동이 정체됨으로써 발생될 수 있는 미러면 오염을 방지할 수 있다.

Claims (8)

  1. 복수의 미러면을 가지는 회전 다면경과;
    이 회전 다면경의 하면에 마련된 상기 회전 다면경의 외접원보다 크거나 같은 디스크;를 포함하며,
    상기 디스크는 상기 회전 다면경에 조립되거나, 상기 회전 다면경과 일체로 성형이나 가공 형성된 것을 특징으로 하는 회전 다면경 디바이스.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 디스크 하부에 회전자 프레임;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 다면경 디바이스.
  4. 제3항에 있어서, 상기 회전자 프레임은 상기 디스크에 조립되거나, 상기 디 스크와 일체로 성형이나 가공 형성된 것을 특징으로 하는 회전 다면경 디바이스.
  5. 광원과;
    구동원의 회전 구동에 의해 상기 광원으로부터 출사된 광빔을 반사시켜 편향시키는 회전 다면경 디바이스와;
    상기 회전 다면경 디바이스에서 반사/편향된 광빔을 피주사면 상에 결상시키기 위한 결상 광학계;를 포함하는 주사 광학장치에 있어서,
    상기 회전 다면경 디바이스는,
    복수의 미러면을 가지는 회전 다면경과;
    이 회전 다면경의 하면에 마련된 상기 회전 다면경의 외접원보다 크거나 같은 디스크;를 포함하며,
    상기 디스크는 상기 회전 다면경에 조립되거나, 상기 회전 다면경과 일체로 성형이나 가공 형성된 것을 특징으로 하는 주사 광학장치.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서, 상기 회전 다면경 디바이스는, 상기 디스크 하부에 회전자 프레임;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 주사 광학장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 회전자 프레임은 상기 디스크에 조립되거나, 상기 디스크와 일체로 성형이나 가공 형성된 것을 특징으로 하는 주사 광학장치.
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