KR100601647B1

KR100601647B1 - 광주사장치

Info

Publication number: KR100601647B1
Application number: KR1020030087982A
Authority: KR
Inventors: 이유용
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-12-05
Filing date: 2003-12-05
Publication date: 2006-07-14
Also published as: KR20050054413A; US20050122554A1; US7330293B2; JP2005173598A

Abstract

광원과 피노광체 사이의 광경로를 충분히 확보하면서도 광주사장치 전체의 점유 공간을 축소 할 수 있도록 된 광주사장치가 개시되어 있다.

이 개시된 광주사장치는 광을 생성 조사하는 광원과; 광원에서 조사된 빔을 피노광체의 주주사방향으로 편향 주사시키는 빔편향기와; 광원과 피노광체 사이의 광경로 상에 배치되는 것으로, 입사빔의 광학적 거리를 확보하면서도 공간적으로 축소시키는 평판광학계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광주사장치{Light scanning unit}

도 1은 종래의 광주사장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 사시도.

도 2는 도 1의 평면도.

도 3은 도 1의 광경로를 펼쳐 보인 개략적인 도면.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 광주사장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 사시도.

도 5는 도 4의 광경로를 펼쳐 보인 개략적인 도면.

도 6은 도 4의 평판광학계를 보인 도면.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 광주사장치의 개략적인 평면도.

도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 광주사장치의 광경로를 펼쳐 보인 개략적인 도면.

도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 광주사장치의 광경로를 펼쳐보인 개략적인 도면.

도 10은 본 발명의 제5실시예에 따른 광주사장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

21...광원 23...콜리메이팅렌즈

24...실린드리컬렌즈 25, 25', 25"...제1평판광학계

30...빔편향기 31...회전다면경

33...구동원 40, 40'...제2평판광학계

40a...입사면 40b...출사면

41...반사미러 42, 43...평판광학요소

45...제3평판광학계 51...에프-세타(f-θ)렌즈

60...피노광체

본 발명은 광원에서 조사된 빔을 피노광체에 주사하는 광주사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광원과 피노광체 사이의 광경로를 충분히 확보하면서도 광주사장치 전체의 점유 공간을 축소 할 수 있도록 된 광주사장치에 관한 것이다.

일반적으로 광주사장치는 레이저 프린터, 디지털 복사기, 팩시밀리 등의 기기에 채용되는 것으로, 빔편향기에 의한 주주사와, 피노광체의 회전에 의한 부주사를 통하여 피노광체에 대해 잠상(latent image)을 형성한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 종래의 광주사장치는 빔을 생성 조사하는 광원(1)과, 이 광원(1)에서 출사된 빔이 피노광체(15)에 주사 되도록 입사빔을 편향시키는 빔편향기(7)와, 이 빔편향기(7)에서 편향되는 빔에 포함된 에러를 보정하는 f-θ렌즈(11)를 포함한다. 또한, 광원(1)과 빔편향기(7) 사이의 광로 상에는 광 원(1)에서 조사된 발산빔을 집속시키는 콜레메이팅렌즈(3)와, 빔을 정형하는 실린드리컬렌즈(5)가 더 구비되어 있다. 상기 f-θ렌즈(11)와 피노광체(15) 사이에는 주사된 빔의 방향을 바꾸어주는 반사미러(13)가 배치될 수도 있다.

상기 빔편향기(7)는 구동원(9)과, 이 구동원(9)에 의해 회전되는 회전다면경(8)을 포함한다. 따라서, 상기 광원(1)에서 조사된 빔은 상기 회전다면경(8)의 회전에 따라 그 반사되는 방향이 바뀌면서 주사 방향이 결정된다. 그러므로, 회전다면경(8)이 시계방향으로 회전시, 상기 회전다면경(8)에 입사된 빔은 피노광체(15)에 화살표

로 나타낸 바와 같은 방향으로 주주사 된다.

상기 f-θ렌즈(11)는 2매의 렌즈(11a)(11b)로 구성된다. 일 렌즈(11a)는 빔편향기(7)에서 편향된 빔에 포함된 비점수차를 보정한다. 다른 렌즈(11b)는 주사되는 빔을 집속하며, 주사선이 등선 및 등각을 유지하도록 보정한다.

한편, 상기한 바와 같이 구성된 광주사장치는 광원(1)과 빔편향기(7) 사이에 다수의 광학요소가 배치되므로 이들 사이의 광경로 D₁를 충분히 확보할 것과, 빔편향기(7)에서 편향된 빔이 상기 피노광체(15)의 주주사영역 전체로 입사되어야 하므로 빔편향기(8)와 피노광체(15) 사이의 광경로 D₂를 충분히 확보할 것이 요구된다.

이에 따라서, 상기한 요구 조건을 만족하기 위하여는 광주사유니트의 전체 크기가 커지게 되어, 이를 인쇄기기 등에 적용시 공간 배치가 어렵고, 인쇄기기 본체의 부피가 커지는 요인이 된다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 점들을 감안하여 안출된 것으로, 광원과 피노광체 사이의 광경로를 충분히 확보하면서도 광주사장치 전체의 점유 공간을 축소 할 수 있도록 편판광학계를 채용한 구조의 광주사장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광주사장치는, 광을 생성 조사하는 광원과; 상기 광원에서 조사된 빔을 피노광체의 주주사방향을 편향 주사시키는 빔편향기와; 상기 광원과 상기 피노광체 사이의 광경로 상에 배치되는 것으로, 입사빔의 광학적 거리를 확보하면서도 공간적으로 축소시키는 평판광학계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 평판광학계는 상기 광원과 상기 빔편향기 사이 및/또는 상기 빔편향기와 상기 피노광체 사이의 광경로 상에 배치되는 것으로, 입사된 빔이 입사된 경로와 다른 각도로 진행되도록 입사빔을 적어도 일회 반사시키는 반사미러와; 상기 반사미러에서 반사된 빔의 경로 상에 배치되는 것으로 입사빔을 상기 반사미러 쪽으로 재반사시키는 적어도 하나의 평판광학요소;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 빔편향기에 의해 편향된 빔을 주주사방향과 부주사방향에 대해 서로 다른 배율로 보정하여 상기 피노광체에 결상되도록 하는 f-θ렌즈;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광주사장치를 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 광주사장치를 보인 사시도이고, 도 5는 도 4의 광경로를 펼쳐 보인 개략적인 도면이다.

이 도면들을 참조하면, 본 실시예에 따른 광주사장치는 광원(21)과, 이 광원(21)에서 조사된 빔을 편향 주사시키는 빔편향기(30)와, 이 빔편향기(30)에서 편향된 빔을 주주사방향과 부주사방향에 대해 서로 다른 배율로 보정하여 피노광체(60)에 결상되도록 하는 에프-세타(f-θ)렌즈(51) 및, 상기 광원(21)과 상기 피노광체(60) 사이에 배치되어 입사빔의 광학적 거리를 확보하면서도 공간적으로 축소시키는 평판광학계(25)(40)를 포함한다. 여기서, 상기 f-θ렌즈(51)와 상기 피노광체(60) 사이에는 주사빔의 경로를 변환하는 반사부재(55)가 더 구비되어 있다.

상기 광원(21)은 피노광체(60)의 잠상이 형성될 부분에 대해서만 빔을 조사할 수 있도록 광변조하면서 빔을 조사하는 것으로, 모서리 발광 레이저 다이오드(Edge Emitting Laser Diode), 표면광 레이저 다이오드(VCSEL; Vertical Cavity Surface Emitting Laser), 발광소자(LED ; Light Emitting Device) 등으로 구성된다. 이 광원(21) 그 자체의 구성은 당해 분야에서 널리 알려져 있으므로, 그 자세한 설명은 생략한다.

또한, 광주사장치는 상기 광원(21)과 상기 빔편향기(30) 사이의 광경로 상에 콜리메이팅렌즈(23) 및, 적어도 1매의 실린드리컬렌즈(24)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 상기 콜리메이팅렌즈(23)는 상기 광원(21)에서 방출되는 발산 빔이 평행 빔 또는 수렴하는 빔이 되도록 한다. 상기 실린드리컬렌즈(24)는 입사빔을 주사방 향과 부주사방향으로 서로 다르게 집속시켜 상기 빔편향기(30)에 결상되도록 한다.

여기서, 부주사방향은 피노광체(60)의 회전 방향을 말하며, 주주사방향은 피노광체(60)의 축방향 즉, 빔편향기(30)를 통하여 빔의 편향되는 방향을 가리킨다.

상기 평판광학계(25)(40)는 상기 광원(21)과 상기 빔편향기(30) 사이 및/또는 상기 빔편향기(30)와 상기 피노광체(60) 사이의 광경로 상에 배치된다.

본 실시예에 있어서는 상기 평판광학계로서 제1 및 제2평판광학계(25)(40)를 나타내었다. 여기서 상기 제1평판광학계(25)는 상기 광원(21)과 상기 빔편향기(30) 사이에 배치되는 것으로, 상기 광원(21)과 상기 빔편향기(30) 사이의 광경로를 확보함과 아울러 차지하는 공간을 축소시키는 역할을 한다. 즉, 이 제1평판광학계(25)는 입사빔이 평판 내에서 광원(21)에서 조사된 방향과 다른 방향으로 여러번 반사되면서 빔편향기(30) 쪽으로 진행하도록 하여, 광원(21)과 빔편향기(30) 사이의 물리적인 공간은 줄이면서도 필요한 전체 광경로 길이는 확보하도록 한다.

상기 제2평판광학계(40)는 상기 빔편향기(30)와 f-θ렌즈(51) 사이의 광로 상에 배치되는 것으로, 상기 빔편향기(30)와 f-θ렌즈(51) 사이의 광경로를 확보하면서도 차지하는 공간을 축소시키는 역할을 한다. 따라서, 상기 제2평판광학계(40)에 편향 입사되는 주사 빔을 살펴볼 때, 도 4에 도시된 바와 같이 제2평판광학계(40)의 입사면에 있어서 주사 빔의 선단과 후단 사이의 폭은 작더라도, 제2평판광학계(40)의 출사면에 있어서 주사 빔의 선단과 후단 사이의 폭은 상기 f-θ렌즈(51) 입사면의 유효 영역을 대응되도록 넓힐 수 있다.

도 5를 참조하면, 상기 제2평판광학계(40)는 입사빔이 입사 경로와 다른 각도로 진행되도록 하는 반사미러(41)와, 이 반사미러(41)의 일 부분에서 반사된 빔을 상기 반사미러(41)의 다른 위치로 재반사시키는 평판광학요소(42)(43)를 포함한다. 또한, 이 제2평판광학계(40)는 입사된 주사빔을 굴절 투과시켜 상기 반사미러(41)로 향하도록 하는 입사면(40a)과, 출사되는 주사빔을 굴절 투과시키는 출사면(40b)을 가진다. 상기 평판광학요소(42)(43)는 진행 광경로를 확보하기 위한 것으로, 본 실시예에서는 입사빔을 단순 반사시키는 반사미러로 구성된다.

한편, 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같은 구조의 제1 및 제2평판광학계(25')(25")(40')에 적용되는 경우, 상기 평판광학요소(42)(43)는 렌즈 기능 즉, 콜리메이팅렌즈, 실린드리컬렌즈 및/또는 f-θ렌즈 역할을 한다. 이때, 편광광학요소(42)(43)는 리소그래피(lithography)와 식각 기술을 통하여 구현된다. 이러한 구성 자체는 잘 알려져 있으므로, 그 자세한 설명은 생략한다.

한편, 상기 제1평판광학계(25)의 구성은 도 6에 도시된 바와 같은 구성을 가지는 제2평판광학계(40)와 비교하여 볼 때, 그 폭에 있어서 차이가 있을 뿐 반사미러와 평판광학요소를 구비하는 점에 있어서는 실질상 동일하므로 그 자세한 설명은 생략한다.

상기 빔편향기(30)는 상기 광원(21)에서 조사되고, 상기 콜리메이팅렌즈(23), 실린드리컬렌즈(24) 및 제1평판광학계(25)를 경유하여 입사된 빔을 피노광체(60)의 주주사방향

으로 편향 주사시킨다.

이 빔편향기(30)는 구동원(33)과, 이 구동원(33)에 의해 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 회전 구동되는 회전다면경(31)을 포함한다. 이 회전다면경(31)은 그 측벽에 복수의 반사면(31a)이 형성되어 있다. 따라서, 상기 회전다면경(31)의 회전시 입사빔에 대한 상기 반사면의 각도가 바뀌게 되고, 이에 따라 입사빔을 주주사방향으로 주사하게 된다. 상기 빔편향기(30)는 도시된 바와 같은 회전다면경 구조로 한정되는 것은 아니며, 입사빔을 회절 편향시키는 편향디스크 구조로 구성하는 것도 가능하다.

상기 f-θ렌즈(51)는 상기 빔편향기(30)에 의해 편향된 빔을 주주사방향과 부주사방향에 대해 서로 다른 배율로 보정하여 상기 피노광체(60)에 결상되도록 한다. 이 f-θ렌즈(51)는 주주사방향과 부주사방향의 곡률 반경이 서로 다른 1매의 비구면렌즈로 되어 있다. 이 f-θ렌즈(41)는 플라스틱 재질로 된 것이 바람직하다.

상기 피노광체(60)는 빔이 결상되는 부분이 노광되어 결상되지 않은 부분과의 차이(예컨대, 전위차)를 나타내는 매체이다. 이 피노광체(60)의 예로는 감광드럼 내지는 감광벨트 등이 있다. 도 4는 상기 피노광체(60)로서 감광드럼을 나타낸 것이다.

상기한 바와 같이, 광경로 상에 제1 및/또는 제2평판광학계를 채용함으로써, 빔 주사에 필요한 광경로를 확보하면서도, 광원(21)과 빔편향기(30) 사이의 공간 및/또는 빔편향기(30)와 f-θ렌즈(51) 사이의 공간을 축소시킬 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 광주사장치를 인쇄기기 등에 채용시 그 점유 공간이 축소되므로 설치 자유도를 높일 수 있고 인쇄기기의 소형화에 기여할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 광주사장치를 보인 개략적인 평면도이 다. 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 광주사장치는 광원(21), 빔편향기(30), 에프-세타(f-θ)렌즈(51) 및, 상기 광원(21)과 상기 피노광체(60) 사이에 배치되어 입사빔의 광학적 거리를 확보하면서도 공간적으로 축소시키는 제1 내지 제3평판광학계(25')(40)(45)를 포함한다. 또한, 상기 광원(21)과 상기 빔편향기(30) 사이의 광로 상에는 콜리메이팅렌즈(23)가 더 구비된다.

본 실시예에 따른 광주사장치는 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명된 제1실시예에 따른 광주사장치와 비교하여 볼 때, 제1평판광학계(25')가 실린드리컬렌즈(도 4의 24) 기능을 수행하는 점과, f-θ렌즈(51)와 피노광체(60) 사이의 광경로 상에 제3평판광학계(45)를 구비한 점에서 구별된다. 이들 이외의 구성은 실질상 동일하므로 그 자세한 설명은 생략한다.

제1평판광학계(25')는 그 구성을 이루는 평판광학요소 중 적어도 어느 하나가 실린드리컬렌즈의 역할을 하도록 형성되어 있다. 이 경우, 실린드리컬렌즈 역할을 하는 평판광학요소는 입사빔을 주사방향과 부주사방향으로 서로 다르게 집속시켜 상기 빔편향기(30)에 결상되도록 한다.

상기 제3평판광학계(45)는 상기 f-θ렌즈(51)와 반사부재(55) 사이에 마련되는 것으로, 이들 사이의 광경로는 확보하면서도 공간을 축소시키는 역할을 한다. 이 제3평판광학계(45)의 구성은 도 6에 도시된 바와 같은 구성을 가지는 제2평판광학계(40)와 비교하여 볼 때, 그 폭에 있어서 차이가 있을 뿐 반사미러와 평판광학요소를 구비하는 점에 있어서는 실질상 동일하므로 그 자세한 설명은 생략한다.

이와 같이, 광경로 상에 제1 내지 제3평판광학계를 채용하는 경우는 제1실시 예에 따른 구성에 비하여 보다 더 공간을 축소시킴으로써, 광주사장치의 전체 부피를 줄일 수 있다. 또한, 제1평판광학계가 실린드리컬렌즈의 기능을 함께 수행함으로써, 구성을 단순화 할 수 있다는 이점이 있다.

도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 광주사장치의 광경로를 펼쳐 보인 개략적인 도면이다.

본 실시예에 따른 광주사장치는 도 7을 참조하여 설명된 제2실시예에 따른 광주사장치와 비교하여 볼 때, 제1평판광학계(25")가 콜리메이팅렌즈(도 7의 23) 및 실린드리컬렌즈(도 4의 24) 기능을 수행하는 점에서 구별된다. 이들 이외의 구성은 실질상 동일하므로 그 자세한 설명은 생략한다.

이 경우, 제1평판광학계(25")는 그 구성을 이루는 평판광학요소들은 콜리메이팅렌즈와 실린드리컬렌즈의 역할을 하도록 형성되어 있다. 이 평판광학요소는 평판 상에 리소그래피 및 식각 기술을 이용하여 소정의 회전 패턴을 형성함에 의하여 렌즈 성능을 나타내는 것이다. 이 평판광학요소 형성 기술 자체는 널리 알려져 있으므로 그 자세한 설명은 생략한다.

도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 광주사장치의 광경로를 펼쳐보인 개략적인 도면이다.

본 실시예에 따른 광주사장치는 도 8을 참조하여 설명된 제3실시예에 따른 광주사장치와 비교하여 볼 때, 제2평판광학계(40')가 도 8에 도시된 제2평판광학계(40), f-θ렌즈(51) 및 제3평판광학계(45)의 기능을 수행하는 점에서 구별된다. 이들 이외의 구성은 실질상 동일하므로 그 자세한 설명은 생략한다.

상기 제2평판광학계(40')는 그 구성을 이루는 평판광학요소 중 적어도 어느 하나가 f-θ렌즈의 역할을 하도록 형성되어 있다. 이 경우, f-θ렌즈 역할을 하는 평판광학요소는 상기 빔편향기(30)에 의해 편향된 빔을 주주사방향과 부주사방향에 대해 서로 다른 배율로 보정하여 상기 피노광체(60)에 결상되도록 한다.

도 10은 본 발명의 제5실시예에 따른 광주사장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 사시도이다.

본 실시예에 따른 광주사장치는 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명된 본 발명의 제1실시예에 따른 광주사장치와 비교하여 볼 때, 광원(21)과 빔편향기(30) 사이의 광경로 배치를 변경한 점에 있어서 구별된다. 이들 이외의 구성은 실질상 동일하므로 그 자세한 설명은 생략한다.

즉, 상기 광원(21), 콜레메이팅렌즈(23), 실린드리컬렌즈(24), 제1평판광학계(25)는 상기 빔편향기(30)에서 편향 주사된 빔이 이루는 평면의 상부에 위치된다. 한편, 그 배치 위치에 있어서 상부에 한정되는 것은 아니며, 그 하부에 위치되는 것도 가능하다.

이와 같이 광학적 배치를 변경함으로써, 본 실시예에 따른 광주사장치는 그 폭방향 크기를 줄일 수 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 광주사장치는 광경로 상에 적어도 하나의 평판광학계를 채용함으로써, 빔 주사에 필요한 광경로를 확보하면서도 광원과 빔편향기 사이의 공간 및/또는 빔편향기와 f-θ렌즈 사이의 공간을 축소시킬 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 광주사장치를 인쇄기기 등에 채용시 그 점유 공간이 축소되므로 설치 자유도를 높일 수 있고 인쇄기기의 소형화에 기여할 수 있다. 또한, 광원을 빔편향기에서 주사된 빔이 이루는 평면의 상부 또는 하부에 배치시킴으로써, 광주사장치의 폭 방향 크기를 줄일 수 있다.

Claims

광을 생성 조사하는 광원과;

상기 광원에서 조사된 빔을 피노광체의 주주사방향으로 편향 주사시키는 빔편향기와;

상기 빔편향기에 의해 편향된 빔을 주주사방향과 부주사방향에 대해 서로 다른 배율로 보정하여 상기 피노광체에 결상 되도록 하는 f-θ렌즈와;

상기 광원과 상기 피노광체 사이의 광경로 상에 배치되는 것으로, 입사빔의 광학적 거리를 확보하면서도 공간적으로 축소시키는 평판광학계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광주사장치.
제1항에 있어서, 상기 평판광학계는,

상기 광원과 상기 빔편향기 사이, 상기 빔편향기와 상기 f-θ렌즈 사이 및 상기 f-θ렌즈와 상기 피노광체 사이 중 적어도 어느 한 곳의 광경로 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 광주사장치.
제2항에 있어서, 상기 평판광학계는,

입사된 빔이 입사 경로와 다른 각도로 진행되도록, 입사빔을 적어도 일 회이상 반사시키는 반사미러와;

상기 반사미러에서 반사된 빔의 경로 상에 배치되는 것으로, 입사빔을 상기 반사미러 쪽으로 재반사시키는 적어도 하나의 평판광학요소;를 포함하여, 평판광학계의 입사빔 진행방향 폭에 비하여 상대적으로 긴 광경로를 확보할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 광주사장치.
제3항에 있어서, 상기 평판광학요소는,

입사빔을 주주사방향 및/또는 부주사방향으로 입사빔을 집속 반사시키도록 된 것을 특징으로 하는 광주사장치.
삭제
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 f-θ렌즈는,

주주사방향과 부주사방향의 곡률 반경이 서로 다른 1매의 비구면 렌즈로 된 것을 특징으로 하는 광주사장치.
삭제
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

주주사방향 및/또는 부주사방향에 대응되는 방향에 대해 입사빔을 집속시키는 적어도 한 매의 실린드리컬 렌즈가 상기 광원과 상기 빔편향기 사이에 더 구비된 것을 특징으로 하는 광주사장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 광원에서 조사된 발산빔이 평행 빔 또는 수렴하는 빔이 되도록 집속시키는 콜레이메이팅렌즈가 상기 광원과 상기 빔편향기 사이에 더 구비된 것을 특징으로 하는 광주사장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 광원은 상기 빔편향기에서 편향 주사된 빔이 이루는 평면의 상부 또는 하부에 위치되는 것을 특징으로 하는 광주사장치.