KR100632540B1 - 온오프 동작하는 광원을 이용한 스캐닝 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회절형 광변조기를 이용한 스캐닝 장치에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은 레이저 프린터, 프로젝터 등의 스캐닝 장치에 사용되는 회절형 광변조기에 관한 것으로서, 광변조기의 동작 주파수에 동기화시켜 광원으로 사용되는 레이저 다이오드를 온오프 시킴으로써 피스캐닝 객체에 맺히는 광스폿의 왜곡현상을 해결하기 위한 스캐닝 장치에 관한 것이다.

광변조기, 스캐닝, 광원, 온오프, 레이저 다이오드

Description

온오프 동작하는 광원을 이용한 스캐닝 장치{Scanning apparatus employing on/off switching light source}

도1은 종래의 광변조기를 사용한 레이저 프린터용 스캐닝 장치를 도시하고 있다.

도2a는 종래 스캐닝 장치에서 광원의 동작 파형을 나타내고, 도2b는 종래 스캐닝 장치에서 광변조 수단의 동작 파형을 나타낸다.

도3a 및 도3b는 종래 방식의 문제점을 나타내는 도면이다.

도4는 본 발명에 따른 스캐닝 장치에서 광변조기 및 광원의 동작과 그에 따른 이미지 형상을 나타낸다.

※ 도면의 주요 부분의 부호 설명 ※

늘어진 형상의 스폿(41)

보정된 스폿(42)

본 발명은 회절형 광변조기를 이용한 스캐닝 장치에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은 레이저 프린터, 프로젝터 등의 스캐닝 장치에 사용되는 회절형 광변조기에 관한 것으로서, 광변조기의 동작 주파수에 동기화시켜 광원으로 사용되는 레이저 다이오드를 온오프 시킴으로써 피스캐닝 객체에 맺히는 광스폿의 왜곡현상을 해결하기 위한 스캐닝 장치에 관한 것이다.

최근에 보급되고 있는 프린터 중 레이저 프린터는 흑백 프린터 분야에서 잉크젯 프린터에 비하여 빠른 인쇄 속도 및 인쇄 품질로 각광을 받고 있다.

도1은 종래의 광변조기를 사용한 레이저 프린터용 스캐닝 장치를 도시하고 있다.

도1을 참조하면, 레이저 다이오드(11)가 레이저 빔을 발생하면, 콜리메이트 렌즈(12)는 이 레이저 빔을 평행광으로 변형시켜 다중빔제어용 광변조기(13)로 집속시킨다.

다중빔제어용 광변조기(13)는 평행광으로 변형된 레이저 빔을 회절 및 변조시켜 N개의 다중빔을 출력하고, 이어 투사 렌즈(15)는 이 회절 다중빔을 회전 미러(14)의 회전축 방향으로 집속시킨다.

여기서, 슬릿(18)이 다중빔제어용 광변조기(13)와 회전 미러(14) 사이에 배치된 경우, 슬릿(18)은 다중빔제어용 광변조기(13)에 의해 회절된 빔 중에서 원하는 성질의 빔만을 선택적으로 통과시켜 회전 미러(14)로 전달되도록 한다.

이렇게 집속된 회절 다중빔은 등선속도로 이동하는 상기 폴리곤 미러에 의해 드럼(17)이나 피스캐닝 객체로 스캐닝되거나, 또는 비등선속도로 이동하는 상기 갈바노 미러에 의해 드럼(17)이나 피스캐닝 객체로 스캐닝된다.

이때, 회전 미러(14)의 회전 속도는 광변조기(230)에서 출력되는 빔의 개수에 비례하여 늦출 수 있다.

이에 따라, 상기 폴리곤 미러로 회전 미러(14)를 구현하면, F-θ렌즈(16)는 상기 폴리곤 미러에서 반사된 등각속도의 회절 다중빔을 주조사 방향으로 편향시키고 수차를 보정하여 감광 드럼(17)이나 피스캐닝 객체의 조사 면상에 초점을 맞추어 조사한다.

만일, 회전 미러(14)가 상기 갈바노 미러로 구현될 경우, F-θ렌즈(16)는 상기 갈바노 미러에서 반사된 비등각속도의 회절 다중빔을 주조사 방향으로 편향시키고 수차를 보정하여 드럼(17)이나 피스캐닝 객체의 조사 면상에 초점을 맞추어 조사한다.

현재 보급된 프린터 중 레이저 프린터는 잉크젯 프린터에 비하여 빠른 인쇄속도 및 인쇄 품질로 각광을 받고 있다. 하지만 현재의 인쇄방법으로는 인쇄속도의 향상이 한계에 이르러 새로운 방식의 레이저 프린팅 방식이 요구되고 있으며 이의 해결책으로 제시된 것이 도1에 도시된 광변조기를 이용한 레이저 프린팅 방식이다. 하지만 광변조기는 구조가 기계적인 구조를 가지고 있어 레이저 다이오드의 전기적 동작속도에 비하여 느린 단점이 있다.

도2a는 종래 스캐닝 장치에서 광원으로 사용되는 레이저 다이오드의 동작 파형을 나타내고, 도2b는 종래 스캐닝 장치에서 광변조 수단으로 사용되는 광변조기 를 구성하는 마이크로 미러의 동작 파형을 나타낸다.

도2a 및 도2b에 도시된 바와 같이, 종래의 광변조기를 사용하는 스캐닝 장치에서 광원은 스캐닝 장치가 동작하는 동안 항상 온 상태에 있게 되며, 광변조기를 구성하는 다수의 미러들이 각각 온오프를 반복하면서 감광 드럼에 광을 주사하게 된다. 즉, 광원은 항상 온 상태에 있고, 광변조기의 동작 속도에 의해 주사되는 스캐닝 속도가 결정된다.

광 변조기의 동작에 의해 도3a에 도시된 바와 같은 형태의 광 스폿이 형성되지만, 실제로 감광드럼에 맺히는 광학 이미지는 광변조기가 온되어 있는 시간동안 감광드럼의 회전 및 폴리곤 미러 등에 의한 스캐닝 방향의 쉬프트에 의해 감광 드럼상에서 도3b와 같이 광학 이미지가 끌리는 형상으로 변형된다. 즉, 광변조기에 의해서 거의 원형인 광스폿이 주사되지만 피스캐닝 객체 또는 폴리곤 미러등의 반사 소자 회전 또는 이동하기 때문에 실제로는 피스캐닝 객체에 도3b와 같이 스캐닝 방향 또는 감광 드럼의 회전 방향으로 늘어진 형태의 이미지가 맺히게 된다.

스캐닝되는 광이 그대로 피스캐닝 객체에 형성되지 않으므로, 스캐닝되는 수백만개의 픽셀로 구성되는 최종 이미지의 품질은 낮아질 수밖에 없다.

일정 속도로 회전하면서 입사되는 광을 반사하여 피스캐닝 객체로 보내주는 반사 소자인 폴리곤 미러의 회전 속도가 빨라지거나, 레이저 프린터의 피스캐닝 객체인 감광 드럼의 회전 속도가 더 빨라지면 감광 드럼 상에 맺히는 픽셀이 늘어져 다른 픽셀들과 오버랩 되어 최종 이미지가 뭉개지거나 깨지는 현상이 발생할 가능 성도 존재한다.

또한, 다수의 미러들이 동작하는 광변조기의 동작 속도를 올리는 데는 한계가 있으므로, 레이저 다이오드 등 기타 소자들의 동작 속도가 아무리 빨라도 스캐닝 속도에는 한계가 있게 된다.

이와 관련하여, 미국특허 6,025,859호는 프린팅 속도를 높이기 위해 2개의 광변조기 소자를 사용하는 레이저 프린터를 개시하고 있으나, 상기 문헌에서 제시하고 있는 레이저 프린터는 고속의 프린팅 속도를 지원하지만 광원은 계속 온상태이며, 전술한 바와 같은 고속 프린팅시의 문제점을 여전히 내포하고 있다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해, 광원으로 광변조기와 동기된 주파수로 온오프를 반복하는 레이저 다이오드를 사용함으로써 빠른 동작 속도로 동작하면서도 이미지의 품질이 향상된 레이저 스캐닝 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 온오프 동작하는 광원을 이용한 회절형 스캐닝 장치는, 소정 주파수로 온 오프되는 광을 발생하고 이 광을 평행광으로 변경시켜 출력하는 광발생 처리수단; 상기 광발생 처리수단의 동작 주파수에 동기화되어 동작하고, 상기 광발생 처리수단으로부터 출력되는 평행광의 광을 회절 및 변조시켜 다수의 회절 다중광을 집속하는 광변조 처리수단; 및 상기 광변조 처리수단에 의해 집속된 회절 다중광을 등선속도나 비등선속도로 이동시켜 반사하며, 반사된 등각속도나 비등각속도의 회절 다중광을 주조사 방향으로 편향시키고 수차를 보정하여 피스캐닝 객체의 조사 면상에 초점을 맞추어 스캐닝하는 스캐닝수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

보다 바람직하게는, 본 발명에 따른 온오프 동작하는 광원을 이용한 회절형 스캐닝 장치에서, 상기 광 발생 처리수단의 온시간은 상기 광변조 처리수단의 온시간보다 짧은 것을 특징으로 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도4는 본 발명에 따른 스캐닝 장치에서 광변조기 및 광원의 동작과 그에 따른 이미지 형상을 나타낸다.

도4의 상부에는 일정 주파수로 온오프를 반복하는 광변조기의 기준 동작 주파수 파형이 도시되어 있다. 광변조기는 일렬로 배열된 1080개 또는 1920개의 미세한 픽셀 유닛으로 구성되고, 각 픽셀 유닛은 피스캐닝 객체 상의 한 픽셀을 스캐닝하게 되고, 4개, 6개또는 그 이상의 마이크로 미러로 구성된다.

각 마이크로 미러는 인가되는 전압에 의해 구동되어, 한 픽셀 유닛은 입사되는 평행광을 회절시켜 온일때는 +1차 또는 -1차 광을 발생시키고, 오프일때는 입사되는 광을 그대로 반사시키게 된다. 그 반대로 온일때는 입사되는 광을 그대로 반사시키고, 오프일때는 +1차 또는 -1차 광을 발생시키도록 구성하는 것도 가능하다. 이때, ±1차 또는 0차광이 반사되는 위치에 슬릿을 배치하여 광을 선택한다.

각 마이크로 미러는 도4의 상부의 광변조기의 동작 파형에 따라, 입력 신호에 따라 각각 온오프 동작을 수행하고, 온오프 동작에 의해 레이저 다이오드에 의해 발생된 광은 광변조기에 의해 수천개의 픽셀로 회절된다.

도4의 하부에는 본 발명에 따른 회절형 스캐닝 장치에서 광 발생수단으로 사용되는 레이저 다이오드의 동작 파형이 도시되어 있다. 도4에 도시된 바와 같이, 본 발의 회절형 스캐닝 장치에서는 광변조기를 사용한 레이저 프린터에서 광발생수단으로 사용되는 레이저 다이오드를 일정 주파수로 온오프시킨다. 광 발생수단에 의해 발생된 광은 콜리메이트 렌즈 등에 의해 평행광으로 변환되어 광변조 처리수단으로 전달된다.

이때, 레이저 다이오드의 동작 주파수는 광변조기를 구성하는 다수의 마이크로 미러의 동작에 동기화된다.

레이저 다이오드의 온오프 동작 속도를 광변조기의 동작 주파수를 동기화시키는 것 외에, 레이저 다이오드의 온시간을 광변조기의 온시간보다 짧도록 구성한다. 레이저 다이오드의 온 타임은 오프 타임보다 짧게 된다.

레이저 다이오드의 온오프는 레이저 다이오드에 일정 주파수로 온오프 스위칭을 할 수 있는 스위칭 소자에 의해 수행할 수 있다.

광변조기에 의해 스캐닝된 광은 폴리곤 미러 및 다수의 렌즈들을 거쳐 감광 드럼 상에 맺히게 되는데, 종래 방식에 따라 레이저 다이오드를 항상 온 상태로 두 면 도4에 도시된 바와 같이 회절광의 스캐닝 방향 또는 피스캐닝 객체의 이동 방향으로 늘어진 형상의 스폿(41)이 형성된다.

반면에, 레이저 다이오드의 동작 주파수를 광변조기와 동기시키고 온시간을 짧게 하면 감광 드럼상의 스폿은 양쪽이 잘려나간 보정된 스폿(42)의 형태가 된다.

보정된 스폿(42)에 의해 형성된 픽셀은 감광 드럼 또는 폴리곤 미러 등의 반사소자의 회전에 의해 다른 픽셀들과의 오버랩 가능성이 없고, 따라서 감광 드럼의 회전 속도나 폴리곤 미러의 회전속도가 빨라져도 픽셀 간의 오버랩이 발생하여 픽셀에 의해 구성되는 이미지가 깨지는 문제점을 해결할 수 있게 된다.

이와 같은 구성은 레이저 프린터 이외에도, 프로젝터, HDTV 등 회절형 광 변조기가 사용되는 모든 스캐닝 장치에 적용될 수 있다.

본 발명의 온오프 동작하는 광원을 이용한 스캐닝 장치에 따르면, 빠른 동작 속도로 동작하면서도 이미지의 품질이 향상시킬 수 있다.

이상 본 발명을 실시예를 통해 설명하였으나, 본 발명의 범위가 상기 실시예로 한정되는 것이 아니며 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다. 본 발명의 범위는 이하의 특허청구범위의 해석에 의해서만 한정된다.

Claims (2)

1. 소정 주파수로 온 오프되는 광을 발생하고 이 광을 평행광으로 변경시켜 출력하는 광발생 처리수단;

   상기 광발생 처리수단의 동작 주파수에 동기화되어 동작하고, 상기 광발생 처리수단으로부터 출력되는 평행광의 광을 회절 및 변조시켜 다수의 회절 다중광을 집속하는 광변조 처리수단; 및

   상기 광변조 처리수단에 의해 집속된 회절 다중광을 등선속도나 비등선속도로 이동시켜 반사하며, 반사된 등각속도나 비등각속도의 회절 다중광을 주조사 방향으로 편향시키고 수차를 보정하여 피스캐닝 객체의 조사 면상에 초점을 맞추어 스캐닝하는 스캐닝수단;

   을 포함하는 온오프 동작하는 광원을 이용한 회절형 스캐닝 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 광 발생 처리수단의 온시간은 상기 광변조 처리수단의 온시간보다 짧은 것을 특징으로 하는 온오프 동작하는 광원을 이용한 회절형 스캐닝 장치.

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