KR100754215B1 - 2차원 면발광 레이저 어레이, 이를 채용한 멀티 빔주사장치 및 화상형성장치 - Google Patents

2차원 면발광 레이저 어레이, 이를 채용한 멀티 빔주사장치 및 화상형성장치 Download PDF

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Abstract

하나의 면발광 레이저 어레이를 통하여 두 가지의 부주사 피치에 대해서 이용할 수 있는 구조의 2차원 면발광 레이저 어레이, 이를 채용한 멀티 빔 주사장치 및 화상형성장치가 개시되어 있다.
이 개시된 2차원 면발광 레이저 어레이는 베이스 라인 상에 등간격 a로 배치된 n개의 면발광 레이저와, 베이스 라인에 대해 각 θ 만큼 기울어지고 n개의 면발광 레이저 각각을 지나는 n개의 경사 라인 M 상에 등간격 b로 배치된 m개의 면발광 레이저를 포함하는
Figure 112006025365360-pat00001
개의 면발광 레이저;를 포함하며, 제1부주사 피치 P1 이격된 복수의 제1주사선과, 제1부주사 피치 P1과 다른 폭의 제2부주사 피치 P2 이격된 복수의 제2주사선을 선택적으로 형성하도록, a, b, φ 및 θ는 하기의 식을 만족하는 것을 특징으로 한다. 여기서, n과 m 각각은 2 이상의 양의 정수이고, φ는 제1주사선과 제2주사선의 사잇각이다.
<식>
Figure 112006025365360-pat00002

Description

2차원 면발광 레이저 어레이, 이를 채용한 멀티 빔 주사장치 및 화상형성장치{Two-dimensional surface emitting laser array, multi-beam scanning unit employing the same and image forming apparatus employing the multi-beam scanning unit}
도 1은 종래의 2차원 면발광 레이저 어레이를 보인 개략적인 사시도.
도 2는 도 1의 2차원 면발광 레이저 어레이를 임의각 β만큼 회전 배치시의 부주사 피치 변화를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 빔 주사장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 사시도.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 2차원 면발광 레이저 어레이의 광학적 배치를 보인 도면.
도 5는 4 X 3 어레이를 가지는 면발광 레이저를 보인 개략적인 도면.
도 6 및 도 7 각각은 본 발명의 제2실시예에 따른 2차원 면발광 레이저 어레이의 (2n+1)과 (2n-1) 형태를 가지는 경우의 배치를 보인 도면.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 화상형성장치를 보인 개략적인 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10...레이저 어레이 11...기판
15, 16, 17...면발광 레이저 21...콜리메이팅렌즈
23...실린더렌즈 30...빔 편향기
41...f-θ렌즈 50...감광매체
140...멀티 빔 주사장치
N...베이스 라인 M...경사 라인
P1...제1부주사 피치 P2...제2부주사 피치
본 발명은 2차원 면발광 레이저 어레이, 이를 채용한 멀티 빔 주사장치 및 화상형성장치에 관한 것으로서, 상세하게는 하나의 면발광 레이저 어레이를 통하여 두 가지의 부주사 피치에 대해서 이용할 수 있는 구조의 2차원 면발광 레이저 어레이, 이를 채용한 멀티 빔 주사장치 및 화상형성장치에 관한 것이다.
멀티 빔 주사장치(Multi-beam scanning unit)는 복수개의 레이저 빔을 조사하는 광원 어레이를 채용하여 동시에 복수의 주사선을 주사하므로, 단일 빔을 이용하는 단일 빔 주사장치에 비하여 빔 편향기의 구동속도 예컨대 회전 다면경 등의 회전수를 저감하면서도 그와 동일 또는 그 이상의 주사 성능을 나타낼 수 있다. 따라서, 고해상도인 경우에도 고속으로 출력할 수 있고, 빔 편향기 구동속도 저감에 따라 저소음의 고신뢰성 장치를 구현할 수 있다. 이에 따라, 멀티 빔 주사장치는 레이저 프린터, 디지털 복사기, 팩시밀리 등의 화상형성시스템에 응용되고 있다.
상기 멀티 빔 주사장치는 각각 독립적으로 제어 가능한 복수의 광원을 통하여 복수의 레이저 빔을 조사하는 구성을 가지므로, 감광매체에 맺히는 주사선 사이의 간격을 좁게 형성하기 위해서는 이웃하는 광원 사이의 간격을 좁게 형성할 것이 요구된다.
한편, 레이저 어레이를 형성함에 있어서, 1차원 레이저 어레이를 사용할 경우는 광원 사이의 간격이 좁아 이웃하는 광원과의 광간섭이 발생될 수 있다. 이에 따라, 감광매체의 결상면에서 광 파워가 규정 값보다 커지거나 작아지는 문제점을 초래한다. 이는 인쇄시 이미지 농도에 차이가 발생하게 되어 인쇄 화상이 얼룩져 보이는 것과 같은 인쇄 품질이 저하되는 문제점을 유발한다.
이와 같은 1차원 레이저 어레이를 사용한 경우의 문제점을 감안하여, 미국특허 제5,848,087호에는 복수의 레이저가 2차원 평면 상에 등간격으로 배열된 2차원 면발광 레이저 어레이가 개시된 바 있다.
도 1을 참조하면, 종래의 2차원 면발광 레이저 어레이는 베이스 라인(A) 상에 등간격 d1으로 배치된 복수개의 레이저(1)와, 상기 베이스 라인(A)에 대해 각 α 만큼 기울어지고 상기 레이저(1) 각각을 지나는 경사 라인(B) 상에 등간격 d2로 배치된 복수개의 레이저(5)를 포함한다. 도 1은 4 X 3 배열을 가지는 12개의 레이저로 구성된 것을 보인 것이다. 이 경우 베이스 라인(A) 상에 이웃하게 배치된 제1레이저(2)와 제2레이저(3) 의하여 형성되는 주사선(L1) 사이에 제2 및 제3열에 위치된 제3 및 제4레이저(6)(7)에 의하여 형성되는 2개의 주사선이 형성된다. 따라서, 이웃하는 주사선 사이에 동일 간격의 부주사 피치 P11 만큼 이격된 12개의 주사선이 형성된다. 이와 같이 2차원 면발광 레이저 어레이를 구성하는 경우는 1차원 레이저 어레이를 사용할 경우에 비하여, 이웃하는 레이저 사이의 간격을 넓게 하면서도 부주사 피치를 줄일 수 있어서, 이웃하는 레이저 사이의 광간섭 문제를 해결할 수 있다는 이점이 있다.
한편, 상기한 바와 같이 2차원 면발광 레이저 어레이를 구성하는 경우는 멀티 빔 주사장치의 광원으로 채용시, 도 2에 도시된 바와 같이 2차원 면발광 레이저 어레이를 임의 각도 β 만큼 회전 배치시키는 경우는 부주사 피치 간격이 등간격을 유지하지 않고 서로 달라지게 된다. 즉, 도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 바와 같은 주사선 L1을 형성하는 광학 배치에 대하여, 주사선 L2를 형성하도록 임의 각 β만큼 회전 배치한 경우는 이웃하는 두 레이저 즉, 제1레이저(2)와 제3레이저(6) 사이에는 부주사 피치 P22 만큼 이격되어 있다. 그리고, 이웃하는 제3레이저(6)와 제4레이저(7) 사이에는 부주사 피치 P21 만큼 이격되어 있다. 또한, 제1레이저(2)와 이웃하는 제5레이저(8) 사이에는 부주사 피치 P23 만큼 이격되어 있다. 여기서, 도 2를 참조하면서 상기한 부주사 피치 P21, P22, P23을 비교하여 볼 때, 부주사 피치 P21과 P22는 서로 동일한 반면, 부주사 피치 P23은 부주사 피치 P21 및 P22와 다름을 알 수 있다.
따라서, 하나의 2차원 면발광 레이저 어레이를 통하여, 두 가지의 서로 다른 폭의 부주사 피치를 가지는 광원을 구성하기 곤란하다는 문제점이 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 등간격의 부주사 피치 P를 가지는 어레이를 구성하는 이외의 구성 즉, 상기한 부주사 피치 P 보다 피치 폭이 넓거나 좁은 다른 등간격의 부주사 피치를 갖는 주사선을 형성할 수 없어서, 서로 해상도를 달리하는 화상형성장치에 공용으로 채용될 수 없다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 2차원 면발광 레이저 어레이의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 하나의 2차원 면발광 레이저 어레이를 통하여 서로 다른 폭을 가지는 두 가지의 등간격의 부주사 피치를 구현할 수 있도록 된 구조의 2차원 면발광 레이저 어레이, 이를 채용한 멀티 빔 주사장치 및 화상형성장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 감광매체의 부주사방향으로 소정 간격 이격되게 복수의 레이저 빔을 조사하는 2차원 면발광 레이저 어레이에 있어서,
베이스 라인 상에 등간격 a로 배치된 n개의 면발광 레이저와, 상기 베이스 라인에 대해 각 θ 만큼 기울어지고 상기 n개의 면발광 레이저 각각을 지나는 n개의 경사 라인 M 상에 등간격 b로 배치된 m개의 면발광 레이저를 포함하는
Figure 112006025365360-pat00003
개의 면발광 레이저;를 포함하며,
제1부주사 피치 P1 이격된 복수의 제1주사선과, 상기 제1부주사 피치 P1과 다른 폭의 제2부주사 피치 P2 이격된 복수의 제2주사선을 선택적으로 형성하도록, 상기 a, b, φ 및 θ는 하기의 식 1을 만족하는 것을 특징으로 한다.
<식 1>
Figure 112006025365360-pat00004
여기서, n과 m 각각은 2 이상의 양의 정수이고, φ는 제1주사선과 제2주사선의 사잇각이다.
또한, 본 발명은 감광매체의 부주사방향으로 소정 간격 이격되게 복수의 레이저 빔을 조사하는 2차원 면발광 레이저 어레이에 있어서,
베이스 라인 상에 등간격 a로 배치된 n개의 면발광 레이저와, 상기 베이스 라인에 대해 각 θ 만큼 기울어지고 상기 n개의 면발광 레이저 각각을 지나는 n개의 경사 라인 M 상에 등간격 b로 배치된 2개의 면발광 레이저를 포함하는
Figure 112006025365360-pat00005
개의 면발광 레이저;를 포함하며,
제1부주사 피치 P1 이격된 복수의 제1주사선과, 상기 제1부주사 피치 P1과 다른 폭의 제2부주사 피치 P2 이격된 복수의 제2주사선을 선택적으로 형성하도록, 상기 a, b, φ 및 θ는 하기의 식 2를 만족하는 것을 특징으로 한다.
<식 2>
Figure 112006025365360-pat00006
여기서, n과 m 각각은 2 이상의 양의 정수이고, φ는 제1주사선과 제2주사선의 사잇각이다.
또한, 본 발명은 감광매체의 부주사방향으로 소정 간격 이격되게 복수의 레이저 빔을 동시에 조사하는 2차원 면발광 레이저 어레이와; 상기 2차원 면발광 레이저 어레이에서 조사된 복수의 레이저 빔을 감광매체의 주주사방향으로 편향 주사시키는 빔 편향기;를 포함하는 멀티 빔 주사장치에 있어서,
상기 2차원 면발광 레이저 어레이는, 베이스 라인 상에 등간격 a로 배치된 n개의 면발광 레이저와, 상기 베이스 라인에 대해 각 θ 만큼 기울어지고 상기 n개의 면발광 레이저 각각을 지나는 n개의 경사 라인 M 상에 등간격 b로 배치된 m개의 면발광 레이저를 포함하는
Figure 112006025365360-pat00007
개의 면발광 레이저;를 포함하며, 상기 a, b, φ 및 θ는 상기의 식 1을 만족하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 감광매체의 부주사방향으로 소정 간격 이격되게 복수의 레이저 빔을 동시에 조사하는 2차원 면발광 레이저 어레이와; 상기 2차원 면발광 레이저 어레이에서 조사된 복수의 레이저 빔을 감광매체의 주주사방향으로 편향 주사시키는 빔 편향기;를 포함하는 멀티 빔 주사장치에 있어서,
상기 2차원 면발광 레이저 어레이는, 베이스 라인 상에 등간격 a로 배치된 n개의 면발광 레이저와, 상기 베이스 라인에 대해 각 θ 만큼 기울어지고 상기 n개의 면발광 레이저 각각을 지나는 n개의 경사 라인 M 상에 등간격 b로 배치된 2개의 면발광 레이저를 포함하는
Figure 112006025365360-pat00008
개의 면발광 레이저;를 포함하며, 제1부주사 피치 P1 이격된 복수의 제1주사선과, 상기 제1부주사 피치 P1과 다른 폭의 제2부주사 피치 P2 이격된 복수의 제2주사선을 선택적으로 형성하도록, 상기 a, b, φ 및 θ는 상기의 식 2를 만족하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화상형성장치는, 레이저 빔에 의하여 노광되는 감광매체를 구비한 현상유니트와; 상기 현상유니트에 빔을 주사하여 정전잠상을 형성하는 것으로, 상기한 구성을 가지는 멀티 빔 주사장치와; 상기 현상유니트에 대응되게 구비되어, 상기 현상유니트에서 형성된 화상을 인쇄매체에 전사하는 전사유니트와; 상기 인쇄매체에 전사된 화상을 정착시키는 정착유니트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2차원 면발광 레이저 어레이, 이를 채용한 멀티 빔 주사장치 및 화상형성장치를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 빔 주사장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 멀티 빔 주사장치는 일 방향(D) 으로 피노광면이 이동되는 감광매체(50)에 대해 광을 주사하는 것으로, 부주사방향(Y)으로 소정 간격 이격되게 복수의 레이저 빔을 조사하는 2차원 면발광 레이저 어레이(10)와, 이 레이저 어레이(10)에서 조사된 복수의 레이저 빔 각각을 감광매체(50)의 주주사방향(X)으로 편향 주사시키는 빔 편향기(30)를 포함한다.
상기 빔 편향기(30)는 상기 레이저 어레이(10)에서 조사된 광을 상기 감광매체(50)의 주주사방향(X)으로 편향 주사시킨다. 이 빔 편향기(30)의 예로서 도시된 바와 같은 구조의 폴리곤미러장치를 들 수 있다. 이 폴리곤미러장치는 구동원(31)과, 이 구동원(31)에 대해 회전 가능하게 설치된 폴리곤미러(35)를 포함한다. 상기 폴리곤미러(35)는 그 측면에 형성된 복수의 반사면(35a)을 포함하는 것으로, 회전 구동되면서 입사광을 편향 주사시킨다. 여기서, 상기 빔 편향기(30)는 상기한 구조의 폴리곤미러장치에 한정되는 것은 아니며, 입사빔을 편향 주사시키는 홀로그램 디스크 타입 빔 편향기, 갈바노미러 타입 주사장치 등을 채용하는 것도 가능하다.
상기 레이저 어레이(10)와 상기 빔 편향기(30) 사이의 광경로 상에는 콜리메이팅렌즈(21)와 실린더렌즈(23)가 더 구비되는 것이 바람직하다. 상기 콜리메이팅렌즈(21)는 상기 레이저 어레이(10)에서 조사된 멀티 빔을 집속시켜 평행 빔 또는 수렴하는 빔이 되도록 한다. 상기 실린더렌즈(23)는 상기 콜리메이팅렌즈(21)를 투과한 빔을 주주사방향 및/또는 부주사방향에 대응되는 방향으로 입사빔을 집속시킴으로써, 상기 빔 편향기(30)에 입사빔을 선형으로 결상시키는 것으로, 적어도 한 매의 렌즈로 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 멀티 빔 주사장치는 에프-세타(f-θ)렌즈(41)와 동기 신호검출수단을 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 f-θ렌즈(41)는 상기 빔편향기(30)와 상기 감광매체(50) 사이에 배치된다. 이 f-θ렌즈(41)는 적어도 일 매의 렌즈로 구성되는 것으로, 상기 빔편향기(30)에서 편향된 광을 주주사방향과 부주사방향에 대해 서로 다른 배율로 보정하여 상기 감광매체(50)에 결상되도록 한다.
상기 동기신호검출수단은 상기 레이저 어레이(10)에서 조사된 빔의 일부를 수광하여, 주사빔의 수평동기를 맞주는데 이용된다. 이를 위하여, 상기 동기신호검출수단은 상기 빔편향기(30)에서 편향되고, 상기 f-θ렌즈(41)를 투과한 빔의 일부를 수광하는 동기신호검출센서(29)와, 상기 f-θ렌즈(41)와 동기신호검출센서(29) 사이에 배치되어 입사빔의 진행 경로를 바꾸어주는 미러(25)와, 이 미러(25)에서 반사된 빔을 집속시키는 집속렌즈(27)를 포함한다.
또한, f-θ렌즈(41)와 감광매체(50) 사이에 반사미러(45)를 더 구비할 수 있다. 이 반사미러(45)는 상기 빔 편향기(30) 쪽에서 입사된 주사선을 반사시켜 상기 감광매체(50)의 피노광면에 복수의 주사선 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이 4개의 주사선(L11)(L12)(L13)(L14)이 감광매체(50)에 동시에 형성되도록 한다.
상기한 2차원 면발광 레이저 어레이(10)는 상기 감광매체(50)의 부주사방향(Y)으로 소정 간격 이격되게 복수의 레이저 빔을 조사하는 것으로, 광학적 배치에 따라 이웃하는 레이저 빔 간 등간격을 이루는 2가지의 부주사 피치 만큼 이격되는 주사선을 선택적으로 형성하도록 하는데 특징이 있다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 2차원 면발광 레이저 어레이의 광학적 배치를 보인 도면이다.
도면을 참조하면, 상기 레이저 어레이(10)는 베이스 라인(N) 상에 등간격 a로 배치된 n개의 면발광 레이저와, 상기 베이스 라인(N)에 대해 각 θ 만큼 기울어지고 상기 n개의 면발광 레이저 각각을 지나는 n개의 경사 라인 M 상에 등간격 b로 배치된 m개의 면발광 레이저로 구성된
Figure 112006025365360-pat00009
개의 면발광 레이저(15)를 포함한다. 여기서, 면발광 레이저(15) 각각은 기판(11)에 대하여 수직한 방향으로 레이저 빔을 조사하는 수직 공진기형 표면 발광 레이저(VCSEL)로 구성된 것이 바람직하다. 이 경우, 기판(11) 상에 반도체 제조 공정을 통하여 상기 VCSEL을 어레이 형태로 배치하는 것이 용이하다는 이점이 있다.
도 4는 n=4 이고, m=2인 4 X 2의 배열을 이루는 8개의 면발광 레이저로 구성된 레이저 어레이를 예로 들어 나타낸 것이다. 이와 같이 레이저 어레이(10)가 구성된 경우, 각 면발광 레이저가 독립적으로 구동되면서, 동시에 8개의 멀티 빔을 조사한다. 이 조사된 멀티 빔이 상기 빔편향기(도 3의 30)와의 배치 관계에 따라 선택적으로 제1부주사 피치(P1) 만큼 이격된 8개의 제1주사선(L11 ~ L18)을 형성하거나, 제2부주사 피치(P2) 만큼 이격된 8개의 제2주사선(L21 ~ L28)을 형성하도록, a, b, φ 및 θ는 하기의 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 제1 및 제2부주사 피치(P1)(P2) 각각은 등간격을 이루는 것으로서, 서로 다른 폭을 가진다.
Figure 112006025365360-pat00010
여기서, n과 m 각각은 2 이상의 양의 정수이다. 그리고, 각 φ는 제1주사선과 제2주사선의 사잇각이다. 즉, 각 φ는 제1부주사 피치(P1)를 이루도록 면발광 레이저(10)를 배치한 경우와 제2부주사 피치(P2)를 이루도록 면발광 레이저(10)를 배치한 경우를 비교하여 볼 때의 면발광 레이저(10)의 상대적인 회전 정도를 나타낸 것이다.
상기한 수학식 1의 조건을 만족하도록,
Figure 112006025365360-pat00011
개의 면발광 레이저(15)를 구비한 경우는 두 가지의 부주사 피치 만큼 이격된 복수의 주사선을 선택적으로 주사할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 4 X 2 어레이를 가지는 면발광 레이저(15)에서 P1 = 14㎛, P2 = 7㎛가 되도록 하고자 하는 경우에 있어서, 상기 수학식 1을 근거로, φ, θ, a 및, b를 산출하면 다음과 같다. 즉, 각 φ = 60°, 각 θ = 49.11°, a = 28㎛, 그리고 b = 21.39㎛이 되도록 복수개의 면발광 레이저(15)를 기판(도 3의 11) 상에 배치함으로써, 상기한 제1부주사 피치(P1) 14㎛과, 제2부주사 피치(P2) 7㎛ 값이 되도록 할 수 있다.
도 5는 4 X 3 어레이를 가지는 면발광 레이저(15)를 예로 들어 나타낸 것이 다. 이 경우, P1 = 14㎛, P2 = 7㎛가 되도록 φ, θ, a 및, b를 산출하면 다음과 같다. 즉, 각 φ = 60°, 각 θ = 49.11°, a = 42㎛, 그리고 b = 21.39㎛이 되도록 복수개의 면발광 레이저(15)를 기판(도 3의 11) 상에 배치함으로써, 상기한 제1부주사 피치(P1) 14㎛과, 제2부주사 피치(P2) 7㎛ 값이 되도록 할 수 있다.
따라서, 4 X 4, 4 X 5 등의 어레이를 가지도록 면발광 레이저(15)를 구성하면서 상기한 제1 및 제2부주사 피치 각각과 동일 간격을 유지하도록 하는 경우는 각 φ, 각 θ, 값 b는 앞서 설명된 값과 동일하게 하고, a 값을 56㎛, 70㎛ 등으로 설정함으로써 상기한 피치를 이루도록 할 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 2차원 면발광 레이저 어레이의 광학적 배치를 보인 도면으로서, 도 6은 (2n+1) 형태를 가지는 경우의 배치를 보인 것이고, 도 7은 (2n-1) 형태를 가지는 경우의 배치를 보인 것이다.
도 6 및 도 7 각각을 참조하면, 상기 레이저 어레이(10)는 베이스 라인(N) 상에 등간격 a로 배치된 n개의 면발광 레이저와, 상기 베이스 라인(N)에 대해 각 θ 만큼 기울어지고 상기 n개의 면발광 레이저 각각을 지나는 n개의 경사 라인 M 상에 등간격 b로 배치된 2개의 면발광 레이저로 구성된
Figure 112006025365360-pat00012
개의 면발광 레이저(16)(17)를 포함한다.
여기서, (2n+1) 형태와 (2n-1) 형태의 의미 각각은 베이스 라인(N) 상에 위치된 일 면발광 레이저(16a)에 의한 제2주사선(16b)이 상기 베이스 라인(N)에 이웃한 제2베이스 라인(N2)과 만날 때, 상기 제2주사선(16b)과 상기 베이스 라인(N)이 교차하는 점(Pi)으로부터, 상기 제2주사선(16b)과 상기 제2베이스 라인(N2)이 교차하는 점(Po) 사이의 제1주사선의 개수 각각이 2n+1, 2n-1 임을 의미한다.
그러므로, 도 6의 경우는 제1주사선의 개수가 9개(= 2·4 + 1)이고, 도 7의 경우는 7개(= 2·4 - 1)이다.
도 6은 n = 4인 4×2의 배열을 이루며, 2n+1 형태를 가지는 8개의 면발광 레이저로 구성된 레이저 어레이를 예로 들어 나타낸 것이다. 이와 같이 레이저 어레이(10)가 구성된 경우, 각 면발광 레이저가 독립적으로 구동되면서, 동시에 8개의 멀티 빔을 조사한다. 이 조사된 멀티 빔이 상기 빔편향기(도 3의 30)와의 배치 관계에 따라 선택적으로 제1부주사 피치(P1) 만큼 이격된 8개의 제1주사선을 형성하거나, 제2부주사 피치(P2) 만큼 이격된 8개의 제2주사선을 형성하도록, a, b, φ 및 θ는 하기의 수학식 2를 만족하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 제1 및 제2부주사 피치(P1)(P2) 각각은 등간격을 이루는 것으로서, 서로 다른 폭을 가진다.
Figure 112006025365360-pat00013
여기서, n은 2 이상의 양의 정수이다. 그리고, 각 φ는 제1주사선과 제2주사선의 사잇각이다. 즉, 각 φ는 제1부주사 피치(P1)를 이루도록 면발광 레이저(10)를 배치한 경우와 제2부주사 피치(P2)를 이루도록 면발광 레이저(10)를 배치한 경우를 비교하여 볼 때의 면발광 레이저(10)의 상대적인 회전 정도를 나타낸 것이다.
상기한 수학식 2의 조건을 만족하도록,
Figure 112006025365360-pat00014
개의 면발광 레이저(16)를 구비한 경우는 두 가지의 부주사 피치 만큼 이격된 복수의 주사선을 선택적으로 주사할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 4 X 2 어레이를 가지는 면발광 레이저(16)에서 P1 = 14㎛, P2 = 7㎛가 되도록 하고자 하는 경우에 있어서, 상기 수학식 2를 근거로, φ, θ, a 및, b를 산출하면 다음과 같다. 즉, 각 φ = 75.52°, 각 θ = 66.72°, a = 28㎛, 그리고 b = 35.42㎛이 되도록 복수개의 면발광 레이저(16)를 기판(도 3의 11) 상에 배치함으로써, 상기한 제1부주사 피치(P1) 14㎛과, 제2부주사 피치(P2) 7㎛ 값이 되도록 할 수 있다.
도 7은 n = 4인 4×2의 배열을 이루며, 2n-1 형태를 가지는 8개의 면발광 레이저로 구성된 레이저 어레이를 예로 들어 나타낸 것이다. 이와 같이 레이저 어레이(10)가 구성된 경우, 각 면발광 레이저가 독립적으로 구동되면서, 동시에 8개의 멀티 빔을 조사한다. 이 조사된 멀티 빔이 상기 빔편향기(도 3의 30)와의 배치 관계에 따라 선택적으로 제1부주사 피치(P1) 만큼 이격된 8개의 제1주사선을 형성하거나, 제2부주사 피치(P2) 만큼 이격된 8개의 제2주사선을 형성하도록, a, b, φ 및 θ는 하기의 수학식 3을 만족하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 제1 및 제2부주사 피치(P1)(P2) 각각은 등간격을 이루는 것으로서, 서로 다른 폭을 가진다.
Figure 112006025365360-pat00015
여기서, n은 2 이상의 양의 정수이다. 그리고, 각 φ는 제1주사선과 제2주사선의 사잇각이다. 즉, 각 φ는 제1부주사 피치(P1)를 이루도록 면발광 레이저(10)를 배치한 경우와 제2부주사 피치(P2)를 이루도록 면발광 레이저(10)를 배치한 경우를 비교하여 볼 때의 면발광 레이저(10)의 상대적인 회전 정도를 나타낸 것이다.
상기한 수학식 3의 조건을 만족하도록,
Figure 112006073518958-pat00016
개의 면발광 레이저(16)를 구비한 경우는 두 가지의 부주사 피치 만큼 이격된 복수의 주사선을 선택적으로 주사할 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이 4 X 2 어레이를 가지는 면발광 레이저(17)에서 P1 = 14㎛, P2 = 7㎛가 되도록 하고자 하는 경우에 있어서, 상기 수학식 3을 근거로, φ, θ, a 및, b를 산출하면 다음과 같다. 즉, 각 φ = 104.48°, 각 θ = 61.04°, a = 28㎛, 그리고 b = 28.92㎛이 되도록 복수개의 면발광 레이저(17)를 기판(도 3의 11) 상에 배치함으로써, 상기한 제1부주사 피치(P1) 14㎛과, 제2부주사 피치(P2) 7㎛ 값이 되도록 할 수 있다.
따라서, 멀티 빔 주사장치를 구현시, 복수의 주사선 사이에 제1 또는 제2부주사 피치(P1)(P2) 만큼 이격되도록 면발광 레이저(10)를 배치함으로써, 두 가지의 부주사 배율 내지는 두 가지 해상도를 가지도록 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 화상형성장치를 보인 개략적인 단면도이다. 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 화상형성장치는 캐비넷(110)과, 이 캐비넷(110) 내에 장착되는 현상유니트(160)와, 정전잠상을 형성하는 멀티 빔 주사장치(140)와, 상기 현상유니트(160)에서 형성된 화상을 전사하는 전사유니트(173) 및, 인쇄매체에 전사된 화상을 정착시키는 정착유니트(175)를 포함한다.
상기 캐비넷(110)은 화상형성장치의 외형을 이루는 것으로, 그 외부에는 배출된 인쇄매체(M)가 적재되는 배출유니트(180)가 마련되어 있다. 또한, 이 캐비넷(110)에는 공급될 인쇄매체(M)가 적재되는 공급유니트(120)가 착탈 가능하게 마련된다. 이 공급유니트(120)를 통하여 공급되는 인쇄매체(M)는 이송경로(131)를 통하여 상기 현상유니트(160) 방향으로 이송된다.
상기 공급유니트(120)는 인쇄매체(M)의 자동 공급에 이용되는 제1공급부(121)와, 수동 공급에 이용되는 제2공급부(125)를 포함한다. 제1공급부(121)는 상기 캐비넷(110) 내부에 마련되는 것으로, 제1피딩롤러(122)의 회전에 의하여 적재된 인쇄매체를 공급한다. 제2공급부(125)는 상기 캐비넷(110) 외부에 설치되는 것으로, 제2피딩롤러(126)의 회전에 의하여 상기 이송경로(131)로 인쇄매체(M)를 공급한다.
상기 이송경로(131)는 상기 캐비넷(110) 내에 마련되는 것으로, 상기 공급유니트(120)를 통하여 공급된 인쇄매체(M)를 이송하는 것으로, 복수의 이송롤러(133)(135)를 포함한다. 이 이송경로(131)는 상기 제1 및 제2공급부(121)(125)를 통하여 공급되는 경로만 두 군데로 분기되어 있을 뿐, 화상형성에 기여하는 경로와 배출 경로는 단일 경로로 되어 있다.
상기 현상유니트(160)는 내부에 소정 색상의 토너(T)가 수용되는 토너 콘테이너(161)와, 이 토너 콘테이너(161)로부터 토너(T)를 공급받아 화상 형성에 기여하는 화상형성부를 구비한다.
상기 화상형성부는 상기 멀티 빔 주사장치(140)에서 주사된 복수의 레이저 빔(L)에 감응하는 감광매체(163)와, 이 감광매체(163)를 소정 전위로 대전시키는 대전기(165)와, 상기 감광매체(163)에 마주하게 배치되어 상기 감광매체(163)의 정전잠상이 형성된 영역에 대해 토너를 현상하는 현상롤러(167) 및, 상기 현상롤러(167)에 토너(T)를 공급하는 공급롤러(169)를 포함한다.
상기 멀티 빔 주사장치(140)는 상기 감광매체(163)에 광을 주사하여, 상기 감광매체(163)에 정전잠상이 형성되도록 한다. 이 광주사장치(140)는 감광매체(163)의 부주사방향으로 소정 간격 이격되게 복수의 레이저 빔을 동시에 조사하는 2차원 면발광 레이저 어레이(도 3의 10)와, 상기 2차원 면발광 레이저 어레이(10)에서 조사된 복수의 레이저 빔을 감광매체(163)의 주주사방향으로 편향 주사시키는 빔 편향기(151), 및 빔편향기(141), f-θ렌즈(145)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 멀티 빔 주사장치(140)의 구성 및 원리는 앞서 설명된 본 발명의 실시예에 따른 멀티 빔 주사장치의 구성 및 원리와 실질상 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 전사유니트(173)는 이송경로(131)를 통하여 이송되는 인쇄매체를 사이 에 두고 상기 감광매체(163)에 마주하게 배치되는 것으로, 상기 감광매체(163)에 형성된 화상을 공급되는 인쇄매체에 전사하는 역할을 한다. 이 전사유니트(173)를 통하여 인쇄매체에 전사된 화상은 상기 정착유니트(175)를 통하여 정착된다.
상기한 바와 같이 구성된 2차원 면발광 레이저 어레이는 하나의 구성으로, 두 가지의 서로 다른 폭의 부주사 피치를 가지는 광원을 구성할 수 있다. 따라서, 레이저 어레의 회전각을 달리하여 응용함으로써, 두 가지의 부주사 배율 내지는 두 가지의 해상도를 가지는 광학계에 적용할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 멀티 빔 주사장치는 상기한 2차원 면발광 레이저 어레이를 광원으로 채용함으로써, 광학적 배치에 따라 이웃하는 레이저 빔 간 등간격을 이루는 2가지의 부주사 피치 만큼 이격되는 주사선을 선택적으로 형성하도록 함으로써, 해상도를 달리하는 서로 다른 모델의 화상형성장치에 대하여, 공용으로 사용할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기한 멀티 빔 주사장치를 채용한 화상형성장치는 해상도를 달리하는 다른 모델의 화상형성장치에 대응되는 멀티 빔 주사장치를 공용으로 사용함으로써, 제조 원가를 낮출 수 있다. 또한, 멀티 빔 주사장치의 교체없이 그 배치 위치를 변경하는 것으로 해상도를 바꿀 수 있다는 이점이 있다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기 술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.

Claims (7)

  1. 감광매체의 부주사방향으로 소정 간격 이격되게 복수의 레이저 빔을 조사하는 2차원 면발광 레이저 어레이에 있어서,
    베이스 라인 상에 등간격 a로 배치된 n개의 면발광 레이저와, 상기 베이스 라인에 대해 각 θ 만큼 기울어지고 상기 n개의 면발광 레이저 각각을 지나는 n개의 경사 라인 M 상에 등간격 b로 배치된 m개의 면발광 레이저를 포함하는
    Figure 112007024031102-pat00017
    개의 면발광 레이저;를 포함하며,
    제1부주사 피치 P1 으로 이격된 복수의 제1주사선과, 상기 제1부주사 피치 P1과 다른 폭의 제2부주사 피치 P2 로 이격된 복수의 제2주사선을 선택적으로 형성하도록, 상기 a, b, θ 및 하기 φ는 식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 2차원 면발광 레이저 어레이.
    <식 1>
    Figure 112007024031102-pat00031
    여기서, n과 m 각각은 2 이상의 양의 정수이고, φ는 제1주사선과 제2주사선의 사잇각이다.
  2. 감광매체의 부주사방향으로 소정 간격 이격되게 복수의 레이저 빔을 조사하는 2차원 면발광 레이저 어레이에 있어서,
    베이스 라인 상에 등간격 a로 배치된 n개의 면발광 레이저와, 상기 베이스 라인에 대해 각 θ 만큼 기울어지고 상기 n개의 면발광 레이저 각각을 지나는 n개의 경사 라인 M 상에 등간격 b로 배치된 2개의 면발광 레이저를 포함하는
    Figure 112007024031102-pat00019
    개의 면발광 레이저;를 포함하며,
    제1부주사 피치 P1 으로 이격된 복수의 제1주사선과, 상기 제1부주사 피치 P1과 다른 폭의 제2부주사 피치 P2 로 이격된 복수의 제2주사선을 선택적으로 형성하도록, 상기 a, b, θ 및 하기 φ는 하기의 식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 2차원 면발광 레이저 어레이.
    <식 2>
    Figure 112007024031102-pat00020
    여기서, n은 2 이상의 양의 정수이고, φ는 제1주사선과 제2주사선의 사잇각이다.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 면발광 레이저는,
    수직 공진기형 표면 발광 레이저(VCSEL)인 것을 특징으로 하는 2차원 면발광 레이저 어레이.
  4. 감광매체의 부주사방향으로 소정 간격 이격되게 복수의 레이저 빔을 동시에 조사하는 2차원 면발광 레이저 어레이와;
    상기 2차원 면발광 레이저 어레이에서 조사된 복수의 레이저 빔을 감광매체의 주주사방향으로 편향 주사시키는 빔 편향기;를 포함하는 멀티 빔 주사장치에 있어서,
    상기 2차원 면발광 레이저 어레이는,
    베이스 라인 상에 등간격 a로 배치된 n개의 면발광 레이저와, 상기 베이스 라인에 대해 각 θ 만큼 기울어지고 상기 n개의 면발광 레이저 각각을 지나는 n개의 경사 라인 M 상에 등간격 b로 배치된 m개의 면발광 레이저를 포함하는
    Figure 112007024031102-pat00021
    개의 면발광 레이저;를 포함하며,
    상기 a, b, θ 및 제1주사선과 제2주사선의 사잇각 φ는 제1항의 식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 멀티 빔 주사장치.
  5. 감광매체의 부주사방향으로 소정 간격 이격되게 복수의 레이저 빔을 동시에 조사하는 2차원 면발광 레이저 어레이와;
    상기 2차원 면발광 레이저 어레이에서 조사된 복수의 레이저 빔을 감광매체의 주주사방향으로 편향 주사시키는 빔 편향기;를 포함하는 멀티 빔 주사장치에 있어서,
    상기 2차원 면발광 레이저 어레이는,
    베이스 라인 상에 등간격 a로 배치된 n개의 면발광 레이저와, 상기 베이스 라인에 대해 각 θ 만큼 기울어지고 상기 n개의 면발광 레이저 각각을 지나는 n개의 경사 라인 M 상에 등간격 b로 배치된 2개의 면발광 레이저를 포함하는
    Figure 112007024031102-pat00022
    개의 면발광 레이저;를 포함하며,
    상기 a, b, θ 및 제1주사선과 제2주사선의 사잇각 φ는 제2항의 식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 멀티 빔 주사장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 면발광 레이저는,
    수직 공진기형 표면 발광 레이저(VCSEL)인 것을 특징으로 하는 멀티 빔 주사장치.
  7. 레이저 빔에 의하여 노광되는 감광매체를 구비한 현상유니트와;
    상기 감광매체에 레이저 빔을 주사하여 정전잠상을 형성하는 것으로, 제4항 또는 제5항에 따른 멀티 빔 주사장치와;
    상기 현상유니트에 대응되게 구비되어, 상기 현상유니트에서 형성된 화상을 인쇄매체에 전사하는 전사유니트와;
    상기 인쇄매체에 전사된 화상을 정착시키는 정착유니트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
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