KR100683189B1 - 레이저 스캐닝 장치 - Google Patents

레이저 스캐닝 장치 Download PDF

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Abstract

레이저 스캐닝 장치가 개시된다. 상기 레이저 스캐닝 장치는 광빔을 생성하여 출사하는 광원; 상기 광빔을 편향시키는 폴리곤 미러; 상기 폴리곤 미러에서 편향된 광빔을 분기하는 분기유닛; 및 상기 분기유닛으로부터 분기된 각각의 광빔을 수차보정하기 위한 결상렌즈;를 포함한다. 상기 분기유닛은 볼록형 실린더 미러(convex cylindrical mirror)와 오목형 실린더 미러(concave cylindrical mirror)가 한쌍을 이룬다. 본 발명은 집약형 탠덤 레이저 스캐닝 장치(compact Tandem laser scanning unit)로 더 적합하다.
레이저 스캐닝 장치, LSU, 광주사장치, 탠덤, 미러

Description

레이저 스캐닝 장치{Laser Scanning Unit}
도 1은 종래의 탠덤 레이저 스캐닝 장치에 대한 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 레이저 스캐닝 장치의 구성도이다.
도 3은 도 2의 사시도이다.
도 4는 도 2의 분기유닛에 대한 상세도로서, 도 4a는 제1분기미러이고, 도 4b는 제2분기미러에 대한 사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 ... 광원
20 ... 폴리곤 미러
30 ... 제1분기미러
40 ... 제2분기미러
50 ... 결상렌즈
60 ... 감광체
100 ... 레이저 스캐닝 장치
본 발명은 레이저 스캐닝 장치(laser scanning unit)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수개의 광빔이 주사되는 탠덤(Tandem) 화상형성장치에서 광빔의 분기 방식을 개선한 집약형 레이저 스캐닝 장치에 관한 것이다.
탠덤 화상형성장치, 예컨대 칼라 레이저 프린터나 칼라 디지털 복사기 등과 같은 화상형성장치에서는, 기능의 고속화를 위해 단일의 레이저 빔 대신 복수의 레이저 빔을 주사하면서 복수의 감광체 위에 화상을 노광하여 기록한다. 레이저 주사에 의해 칼라 화상을 형성하는 경우, 통상 4개의 감광체(예컨대, Y: yellow, M: magenta, C: cyan, K: black)가 필요하다. 4개의 감광체에 화상을 기록하는 탠덤 주사광학계에서는, 일반적으로 복수의 빔(multibeam)을 부주사방향이 다른 각도로 폴리곤 미러(polygon mirror)에 입사시키고, 그 후 부주사방향으로 광로분리를 행한다.
이러한 멀티 빔 광원을 이용한 주사광학계에 관한 대표적인 기술로서 일본 공개특허 2003-75752호를 들 수 있다. 상기 기술에 따른 탠덤 레이저 스캐닝 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 광원으로부터 출사한 4개의 레이저 빔(LY, LM, LC, LK)을 폴리곤 미러(2)의 반사면(2a)에 각각 다른 경사각을 가지고 입사 및 편향시킨다. 그 후, 편향된 레이저 빔은 제1, 제2렌즈(3, 4)를 통과한 다음 각각의 분기미러(splitter mirror, 7, 8)를 통하여 분기하여 각 감광체(6Y, 6M, 6C, 6K)에 주사된다.
상기 레이저 스캐닝 장치(1)에서는 레이저 빔을 폴리곤의 반사면(2a)에 각각 다른 경사각으로 입사시키기 위하여 각각의 레이저 빔(LY, LM, LC, LK)이 독립적이 어야 하며, 레이저 빔간의 거리가 충분히 확보되어야 한다. 그러나 빔 분기를 위해 레이저 빔간의 거리가 확보된 평행광을 상기 폴리곤 미러에 입사, 편향시키는 경우 상기 폴리곤 미러의 면이 커지게 된다. 또한 레이저 빔간의 충분한 유효각, 즉 분기각을 확보하기 위해서는 상기 폴리곤 미러의 반사면(2a)으로부터 분기미러(7Y, 7M, 7C)까지의 광거리에 제한이 따른다. 결과적으로, 이러한 문제들은 집약된 탠덤 레이저 스캐닝 장치의 개발에 커다란 제한 요소로 작용하고 있다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하고자 제안된 것으로, 그 목적은 폴리곤 미러와 결상렌즈 사이에 분기유닛을 적절히 배치함으로써, 광원으로부터 각각의 광빔을 효율적으로 분기할 수 있는 레이저 스캐닝 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적 달성을 위하여, 본 발명의 레이저 스캐닝 장치는, 광빔을 생성하여 출사하는 광원; 상기 광빔을 편향시키는 폴리곤 미러; 상기 폴리곤 미러에서 편향된 광빔을 분기하는 분기유닛; 및 상기 분기유닛으로부터 분기된 각각의 광빔을 수차보정하기 위한 결상렌즈;를 포함한다.
상기 광원은 하나의 반도체 소자로부터 복수의 광빔을 생성되는 멀티빔(multibeam) 광원이 바람직하다. 그러나 상기 광원은 복수개의 단일빔(single beam) 광원일 수도 있으며, 발광다이오드(LED) 또는 반도체 레이저 다이오드(LD)로 구성될 수도 있다.
상기 분기유닛은 제1분기미러 및 제2분기미러의 한쌍으로 구성될 수 있다. 상기 제1분기미러는 그 반사면이 부주사방향(도 4의 Y방향)으로 곡률(R1)을 이루며 광빔을 각각 다른 각도로 분기하며, 상기 제2분기미러는 상기 제1분기미러와 대향하여 그 반사면이 부주사방향으로 곡률(R2)을 이루며 상기 결상렌즈로 광빔을 반사시킨다.
상기 제1분기미러는 볼록형 실린더 미러(convex cylindrical mirror)이고, 상기 제2분기미러는 오목형 실린더 미러(concave cylindrical mirror)인 것이 바람직하다.
더 바람직하게는, 상기 제1분기미러는 1개의 볼록형 실린더 미러이고, 상기 제2분기미러는 4개의 오목형 실린더 미러로 구성되는 것이다.
상기 분기유닛은 제1, 제2분기미러의 곡률에 의해 제1, 제2분기미러 사이의 배치거리가 조정될 수 있다.
상기 광원과 폴리곤 미러 사이에 콜리메이팅 렌즈(collimating lens)와 실린더 렌즈(cylindrical lens)가 추가로 위치할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 레이저 스캐닝 장치의 구성도이고, 도 3은 도 2의 사시도이다. 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 스캐닝 장치(100)는 광원(10), 폴리곤 미러(20), 분기유닛(30, 40), 및 결상렌즈(50)를 포함하여 구성된다.
상기 광원(10)은 광빔(LY, LM, LC, LK)을 생성하여 상기 감광체(60)에 출사한다. 상기 광원(10)은 발광다이오드(LED) 또는 반도체 레이저 다이오드(LD)로 구성될 수 있다. 일반적으로 광원은 단일빔(single beam) 광원이 복수개 설치되어 각 광원으로부터 단일빔을 생성하도록 구성된다. 통상 광빔의 직경이 40㎛ 정도이지만, 단일빔을 사용하는 경우 광빔간의 간격이 수 mm 내지 1㎝의 범위를 가질 수 있다. 이 경우 복수개의 단일빔을 사용하는 탠덤 레이저 스캐닝 장치에서 광빔의 분기는 큰 어려움이 없다. 그러나 하나의 반도체 소자로부터 복수의 광빔이 생성되는 멀티빔 광원을 사용하는 레이저 스캐닝 장치에서는 광빔 사이의 간격이 광빔의 직경 이하로 매우 좁기 때문에 본 발명은 그러한 광빔을 효과적으로 분기할 수 있다. 즉 본 발명은 복수개의 단일빔 광원보다 초소형의 멀티빔 광원을 구비한 레이저 스캐닝 장치에 적용하면 매우 유용하다. 이때 레이저 스캐닝 장치의 전체 점유공간도 축소할 수 있어 바람직하다.
상기 폴리곤 미러(20)는 광원(10)으로부터 출사된 광빔(LY, LM, LC, LK)을 주주사방향으로 편향시키는 역할을 한다. 본 발명에서 멀티빔 광원을 사용하는 경우 광빔의 간격이 좁기 때문에 상기 폴리곤 미러(20)의 반사면(20a)의 폭을 종래의 폴리곤 미러(2)에 비하여 크게 축소할 수 있다. 이에 따라, 상기 폴리곤 미러의 반사면(20a)의 폭에 대한 제한이 해소되고, 이것은 곧 폴리곤 미러를 소형화하여 제조비용도 절감할 수 있음을 의미한다.
본 발명에 따른 레이저 스캐닝 장치의 경우 상기 광원(10)과 폴리곤 미러(20) 사이에 콜리메이팅 렌즈(collimating lens, 12)와 실린더 렌즈(cylindrical lens, 13)가 추가로 위치될 수 있다.
상기 콜리메이팅 렌즈(12)는 상기 광원(10)으로부터 출사된 광빔(LY, LM, LC, LK)이 평행 빔 또는 수렴하는 빔이 되도록 한다. 상기 실린더 렌즈(13)는 입사 빔을 주사방향과 부주사방향으로 서로 다르게 집속시켜 상기 폴리곤 미러(20)에 결상되도록 한다.
한편, 본 발명의 레이저 스캐닝 장치(100)는 상기 폴리곤 미러(20)에서 편향된 광빔(LY, LM, LC, LK)을 분기하는 분기유닛(30, 40)을 구비한다. 도 4는 그러한 분기유닛에 대한 상세도로서, 도 4a는 제1분기미러(30)이고, 도 4b는 제2분기미러(40)에 대한 사시도이다.
도면을 참조하면, 상기 분기유닛(30, 40)은 한쌍을 이루는 제1분기미러(30)와 제2분기미러(40)로 구성되며, 제1, 제2분기미러(30, 40)은 모두 부주사방향(Y방향)으로 곡률(R1, R2)을 이루도록 구성된다.
상기 제1분기미러(30)는 광빔(LY, LM, LC, LK)을 반사하여 각각 다른 각도로 분기하도록 반사면(31)이 볼록형인 실린더 미러를 설치하는 것이 바람직하다. 이러한 볼록형 실린더 미러는 그 반사면(31)이 실린더의 직경방향, 즉 부주사방향(Y방향)으로 곡률(R1)을 가지는 곡면(31)을 이루지만, 실린더의 길이방향(X방향)으로는 어떠한 곡률도 가지지 않는다. 도 4a에 예시된 제1분기미러의 반사면(31)은 볼록형태이며, 그 반사면의 반대면은 평면(32)을 이루고 있다.
상기 제1분기미러(30)는 필요에 따라 광빔(LY, LM, LC, LK)을 반사하는 부분에서 부주사방향(Y방향)으로 각각 다른 곡률을 가질 수 있다. 즉, RY1, RM1, RC1, 및 RK1가 각각 다를 수 있다.
상기 제2분기미러(40)는 상기 제1분기미러(30)와 대향하며 상기 결상렌즈(50)로 광빔을 통과시킨다. 상기 제2분기미러(40)는 그 반사면(41)이 오목형인 실 린더 미러인 것이 바람직하며, 상기 오목형 실린더 미러는 볼록형 실린더 미러와 마찬가지로, 실린더의 직경방향, 즉 부주사방향으로 곡률(R2)을 가지는 곡면(41)으로 구성되지만 실린더의 길이방향으로는 곡률을 가지지 않는다. 도 4b에 예시된 제2분기미러의 반사면(41)은 오목형태이며, 그 반사면의 반대면은 평면(42)을 이루고 있다.
상기 제2분기미러(40)는 상기 제1분기미러(30)의 곡률변화 및 제1분기미러와의 간격에 따라 각각 다른 곡률을 가질 수 있다. 즉, RY2, RM2, RC2, 및 RK2가 각각 다를 수 있다.
상기 분기유닛(30, 40)은 각 분기미러들의 반사면(31, 41)의 곡률(R1, R2)을 변화시킴으로써, 각 분기미러의 간격을 조정할 수 있다. 예컨대 제1분기미러의 곡률 반경(R1)이 작아지면 제1, 제2분기미러 사이의 간격은 더 좁게 구성할 수 있다. 따라서 상기 분기유닛의 각 미러의 곡률가공 정도에 따라 장치의 공간이 축소되어 장치의 소형화에 일조할 수 있다.
바람직한 탠덤 레이저 스캐닝 장치는 도면에 도시된 바와 같이, 1개의 볼록형 실린더 미러(30)과 4개의 오목형 실린더 미러(40Y, 40M, 40C, 40K)로 구성된 분기유닛을 구비하는 것이다. 상기 4개의 오목형 실린더 미러는 각각 다른 곡률을 가질 수 있다.
상기 분기유닛으로부터 분기된 광빔은 결상렌즈(50)를 지나 감광체(60)에 결상되어 잠상이 형성된다.
상기 결상렌즈는 분기된 광빔을 주주사방향과 부주사방향에 대하여 서로 다 른 배율로 보정하며, fθ렌즈(50Y, 50M, 50C, 50K)가 바람직하다.
상기한 구조를 가지는 집약형 레이저 스캐닝 장치에 대한 광빔의 분기과정을 설명하면 다음과 같다.
멀티빔 광원(10)에서 광빔(LY, LM, LC, LK)이 생성되어 출사되면, 콜리메이팅 렌즈(12) 및 실린더 렌즈(13)를 통과한 광빔은 폴리곤 미러(20)가 회전하면서 주주사방향(도 4의 X방향)으로 편향된다. 상기 폴리곤 미러에서 편향된 광빔은 분기유닛의 볼록형 실린더 미러(30)에서 서로 다른 각도로 넓게 분기된다. 분기된 광빔은 오목형 실린더 미러(40)에 의해 집속되고, fθ렌즈(50)에서 수차보정된 후, 대전된 감광체(60)에 주사되면 감광체의 표면에 잠상이 형성된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 초소형 멀티빔 광원을 적극적으로 활용할 수 있기 때문에 폴리곤 미러의 면 폭을 크게 축소시킬 수 있으며, 부수적으로는 폴리곤 미러 제조비용을 절감할 수 있다. 또한 초소형 멀티빔 광원을 이용하여도 상기 장치는 광빔의 분기가 확실히 이루어지므로, 각각의 광빔간의 최소간격에 대한 제약조건, 특히 폴리곤 미러로부터 반사미러까지의 광거리 제한을 해소할 수 있다. 따라서 본 발명에 따르면 장치를 보다 소형화시킬 수 있어 특히 집약된 탠덤 레이저 스캐닝 장치(compact tandem laser scanning unit)로 더 적합하다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하였지만, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보 호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 광빔을 생성하여 출사하는 광원;
    상기 광빔을 편향시키는 폴리곤 미러;
    상기 폴리곤 미러에서 편향된 광빔을 분기하는 분기유닛; 및
    상기 분기유닛으로부터 분기된 각각의 광빔을 수차보정하기 위한 결상렌즈; 를 포함하며,
    상기 분기유닛은 그 반사면이 부주사방향으로 곡률을 이루며 광빔을 각각 다른 각도로 분기하는 제1분기미러; 및
    상기 제1분기미러로부터 분기된 각각의 광빔을 상기 결상렌즈로부터 반사하기 위한 적어도 하나의 제2분기미러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 스케닝 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원은 하나의 반도체 소자로부터 복수의 광빔이 생성되는 멀티빔(multibeam) 광원인 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광원은 복수개의 단일빔(single beam) 광원인 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광원은 발광다이오드 또는 반도체 레이저 다이오드로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1분기미러는 볼록형 실린더 미러(convex cylindrical mirror)이고, 상기 제2분기미러는 오목형 실린더 미러(concave cylindrical mirror)인 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1분기미러는 1개의 볼록형 실린더 미러이고, 상기 제2분기미러는 4개의 오목형 실린더 미러인 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 분기유닛은 제1, 제2분기미러의 곡률에 의해 제1, 제2분기미러 사이의 배치거리를 조정하는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광원과 폴리곤 미러 사이에 콜리메이팅 렌즈(collimating lens)와 실린더 렌즈(cylindrical lens)가 추가로 위치하는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 장치.
  10. 광빔을 생성하여 출사하는 멀티빔 광원;
    상기 광빔을 편향시키는 폴리곤 미러;
    상기 폴리곤 미러에서 편향된 광빔을 분기하도록 그 반사면이 부주사방향으로 곡률을 이루는 한쌍의 분기유닛; 및
    상기 한쌍의 분기유닛으로부터 분기된 각각의 광빔을 수차보정하기 위한 결상렌즈;를 포함하며,
    상기 한쌍의 분기유닛은 광빔을 각각 다른 각도로 분기하는 제1분기미러; 및 상기 제1분기미러와 대향하여 상기 결상렌즈로 광빔을 반사시키는 제2분기미러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 장치.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1분기미러는 볼록형 실린더 미러이고, 상기 제2분기미러는 오목형 실린더 미러인 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 광원과 폴리곤 미러 사이에 콜리메이팅 렌즈와 실린더 렌즈가 추가로 위치하는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 분기유닛은 제1, 제2분기미러의 곡률에 의해 제1, 제2분기미러 사이의 배치거리를 조정하는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 장치.
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