KR100813960B1 - 주사 광학장치 및 이를 채용한 화상형성장치 - Google Patents

Abstract

광을 방출하는 광원과; 광원쪽에서 입사되는 광을 회절시켜 피주사면 상에 화상정보에 대응되게 광을 결상시키는 회절 디바이스와; 화상정보에 대응되게 광을 결상시킬 수 있도록, 회절 디바이스에 회절정보를 부여하여 일정한 패턴으로 회절격자 이미지가 형성되도록 제어하는 회절 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사 광학장치 및 이를 채용한 화상형성장치가 개시되어 있다.

Description

주사 광학장치 및 이를 채용한 화상형성장치{Optical scanning apparatus and image forming apparatus employing the same}

도 1은 일반적인 주사 광학장치의 광학적 구성을 보인 도면이다.

도 2는 종래의 멀티 빔 주사 광학장치의 일 예의 주요 부분을 보여준다.

도 3은 본 발명에 따른 주사 광학장치의 전체 구성을 개략적으로 보여준다.

도 4는 도 3의 감광드럼의 화상형성면에 전사되는 데이터의 다양한 실시예를 보여준다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

50...감광드럼 50a...화상형성면

51...메인 제어부 53...광원

55...광학유니트 57...회절 제어부

70...액정 표시 패널 81,83,85...전사 데이터

본 발명은 주사 광학장치 및 이를 채용한 화상형성장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스핀들 모터의 사용을 배제할 수 있도록 된 주사 광학장치 및 이를 채 용한 화상형성장치에 관한 것이다.

일반적으로, LSU(Laser Scanning Unit)와 같은 주사 광학장치는 복사기, 프린터, 팩시밀리 등과 같이 인쇄용지에 화상을 재현하는 화상형성장치에 적용되어, 비데오 신호에 의해 반도체 레이저와 같은 광원으로부터 출사된 광을 화상형성장치의 감광매체에 주사하여 정전잠상(electrostatic latent image)을 형성하는 장치이다. 감광매체에 형성된 잠상을 종이 등의 매개체에 전사함에 의해 화상이 재현된다.

도 1은 일반적인 주사 광학장치의 광학적 구성을 보인 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 주사 광학장치는, 화상 신호에 따라 레이저광을 출사하는 레이저 다이오드(2)와, 상기 레이저 다이오드(2)로부터 출사된 레이저광을 일정속도로 회전하면서 반사시켜 수평 방향으로 등선속으로 주사하는 폴리곤 미러(5)와, 상기 폴리곤 미러(5)에 의해 주사된 광을 화상형성장치의 감광드럼(1)까지 전달하기 위한 에프-세타 렌즈(9)를 포함하는 광학적 구성을 가진다.

레이저 다이오드(2)의 광 파워는 광 파워 제어부(APC:Auto Power Controller, 6)에 의해 제어되어 일정하게 유지된다. 폴리곤 미러(5)는 스핀들 모터(7)에 의해 일정 속도로 회전된다. 스핀들 모터(7)는 모터 제어부(8)에 의해 제어된다.

종래의 주사 광학장치는, 레이저 다이오드(2)쪽에서 입사된 광을 폴리곤 미러(5)의 미러면에 수평 방향의 선형으로 결상시키는 실린더 렌즈(4)를 더 구비한다. 또한, 종래의 주사 광학장치는, 레이저 다이오드(2)로부터 출사된 레이저 광을 광축에 대해 평행광 또는 수렴광으로 만들어주는 콜리메이팅렌즈(3)를 더 구비한다.

상기 폴리곤 미러(5)는 스핀들 모터(7)에 의해 화상 형성동작 동안 한 방향으로 일정속도로 회전 구동되며, 복수의 미러면을 가진다. 이 폴리곤 미러(5)는 그 미러면에서 반사된 광을 수평 방향 즉, 주주사 방향으로 등선속 주사한다.

상기 에프-세타 렌즈(9)는 폴리곤 미러(5)의 반사면에서 반사된 등속도의 광을 주주사 방향으로 편향시키고 수차를 보정하여 감광매체 예컨대, 감광드럼(1)의 주사면 상에 초점을 맞춘다. 상기 에프-세타 렌즈(9)는 폴리곤 미러(5)의 미러면에서 반사되면서 편향 주사되는 광빔을 주주사 방향과 부주사 방향으로 서로 다른 굴절력으로 결상시킨다.

한편, 종래의 주사 광학장치는, 상기 폴리곤 미러(5)의 미러면에서 반사된 광의 일부를 수광하여 수평동기를 맞추어 주기 위한 동기 신호 검출용 광센서(15)와, 동기 신호 검출용 광센서(15) 측으로 레이저광을 반사시켜주는 반사미러(11)를 더 구비한다. 또한, 에프-세타 렌즈(9)를 통과한 주사 광빔을 반사시켜 결상면인 감광드럼(1) 표면에 점상으로 결상시키는 결상용 반사 미러(10)를 더 구비한다.

도 1에 도시된 바와 같은 종래의 주사 광학장치는, 레이저 다이오드(2)를 온/오프 시켜, 1 비트(bit) 정보 주사 방식에 의해 하나의 주사라인을 형성한다.

한편, 화상의 고속화를 도모하기 위해, 복수의 레이저빔을 이용하여 여러 라인을 동시에 주사하는 방식이 행해지고 있으며, 이러한 방식의 주사 광학장치를 멀티 빔 주사 광학장치라 한다.

도 2는 종래의 멀티 빔 주사 광학장치의 일 예의 주요 부분을 보인 것으로, 멀티 빔을 생성하여 1회 주사시 멀티 주사 라인을 형성하도록, 1 캔(CAN) 멀티 빔 레이저 다이오드(21)(25)를 2개 사용한다. 도 2에서는, 두 빔을 출사하는 한 쌍의 레이저 다이오드(21)(25)로부터 출사된 광빔들을 하나의 폴리곤 미러(30)의 미러면에서 반사시켜, 1회 주사시 4개의 주사 라인을 형성하는 예를 보여준다.

도 2에 보여진 바와 같이, 멀티 빔 주사 광학장치는 복수의 레이저 다이오드(21)(25)로부터 출사된 레이저빔을 폴리곤 미러(30)의 미러면 즉, 편향 반사면에서 동시에 편향시켜, 피주사면(감광매체의 표면) 상에 복수의 광스폿을 만들어 복수의 인쇄라인을 동시에 주사시킨다. 도 2에서 참조번호 22,26은 콜리메이팅 렌즈, 참조번호 23,27은 실린더 렌즈, 참조번호 24,25,28,29는 미러부재이다.

이러한 레이저 다이오드(21)(25)를 이용할 경우, 피주사면 상의 복수의 빔 스폿 서로 간의 간격은 미소하지만, 레이저 다이오드(21)(25)간의 간격은 요구되는 광스폿 간격에 비해 매우 크므로, 복수의 레이저 다이오드(21)(25)와 각 레이저 다이오드에 대응하는 렌즈(22,23)(26,27) 외에, 각 렌즈(22,23)(26,27)를 통과한 빔을 합성하고 일정한 거리 또는 각도로 출사시키는 빔 합성수단이 사용된다. 도 2에서는 빔 합성수단으로 미러부재들(24,25)(28,29)을 사용한다.

상기한 바와 같은 종래의 단일 빔 또는 멀티빔 주사 광학장치는, 폴리곤 미러를 회전시키기 위해 스핀들 모터를 사용함으로 인해 발생되는 지터(Jitter)와 주기성 흔들림(RRO: Repeatable Run Out)이 나타나는 문제점이 있다. 모터와 같은 기계적 요소는 사용 빈도에 따른 성능 저하로 인해 문제점이 발생된다.

부가적으로, 다수의 광학 소자를 통과하므로 레이저 파워 소모가 커진다. 또한, 도 2에서와 같이 고속화를 위해 멀티 빔을 주사하기 위해서는 다수개의 레이저 다이오드의 사용이 요구된다. 또한, 이러한 다수의 레이저 다이오드 사용으로 인해 주사 광학장치 모듈의 대형화가 불가피하다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 스핀들 모터를 제거함으로써 지터 및 주기성 흔들림 문제를 개선할 수 있도록 된 주사 광학장치 및 이를 채용한 화상형성장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 주사 광학장치는, 광을 방출하는 광원과; 상기 광원쪽에서 입사되는 광을 회절시켜 피주사면 상에 화상정보에 대응되게 광을 결상시키는 회절 디바이스와; 상기 화상정보에 대응되게 광을 결상시킬 수 있도록, 상기 회절 디바이스에 회절정보를 부여하여 일정한 패턴으로 회절격자 이미지가 형성되도록 제어하는 회절 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 주사 광학장치는, 상기 광원에서 방출된 광을 정형하여 그 정형화된 광이 상기 회절 디바이스로 입사되도록 하는 광학유니트;를 더 구비할 수 있다.

상기 회절 디바이스는 상기 회절 제어부로부터 입력되는 회절정보 신호에 따라 회절격자 이미지가 형성되는 액정 표시 패널일 수 있다.

상기 광원은 레이저 다이오드 및 발광 다이오드 중 어느 하나를 구비할 수 있다.

상기 회절격자 이미지는 CGH 이미지일 수 있다.

상기 회절 제어부는 CGH 이미지를 생성하는 데이터 베이스 또는 CGH 발생기를 구비할 수 있다.

상기 회절 디바이스 및 회절 제어부는, 상기 회절 제어부에 의해 상기 회절 디바이스를 제어함에 따라 피주사면 상에 1라인 또는 2 이상의 라인을 동시에 주사할 수 있도록 마련될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광을 주사하는 주사 광학장치와; 상기 주사 광학장치에 의해 주사되는 광에 의해 정전잠상이 형성되는 감광매체를 포함하는 화상형성장치에 있어서, 상기한 특징점중 적어도 어느 하나를 포함하는 본 발명에 따른 주사 광학장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 주사 광학장치를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 주사 광학장치의 전체 구성을 개략적으로 보여준다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 주사 광학장치는, 광을 방출하는 광원(53)과, 상기 광원(53)쪽에서 입사되는 광을 회절시켜 피주사면(예컨대, 감광드럼(50)의 화상형성면(50a)(50a)) 상에 화상정보에 대응되게 광을 결상시키는 회절 디바이스와, 상기 화상정보에 대응되게 광을 결상시킬 수 있도록 상기 회절 디바이스를 제어하는 회절 제어부(57)를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 주사 광학장치는, 광원(53)에서 방출된 광을 정형하여 그 정형화된 광이 상기 회절 디바이스로 입사되도록 하는 광학유니트(55)를 더 구비할 수 있다. 본 발명에 따른 주사 광학장치는 메인 제어부(51)에 의해 제어된다. 메인 제어부(51)는 특히, 광원(53)과 회절 디바이스 예컨대, 액정 표시 패널(70)을 제어한다.

상기 광원(53)으로는 레이저광을 출사하는 반도체 레이저 다이오드(LD)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 광원(53)으로 발광 다이오드(LED)를 구비하는 것도 가능하다.

상기 광학유니트(55)는 광원(53)에서 방출된 광을 평행광 등 소정의 형태로 정형한다. 상기 광원(53)에서는 발산광이 출사되며, 이 광원(53)에서 출사되는 광의 강도 분포는 중심축이 세고 주변부로 갈수록 약해진다. 예를 들어, 상기 광원(53)에서 출사되는 광의 강도 분포는 대략 가우시안 분포를 가질 수 있다.

따라서, 상기 광원유니트(55)는, 상기 광원(53)에서 출사되는 광을 대략 그 강도 분포가 균일화되고 평행광이 되도록 콜리메이팅하고, 광빔의 크기가 상기 회절 디바이스의 크기에 대응되게 정형하도록 마련될 수 있다.

상기 광원유니트(55)는 예를 들어, 콜리메이팅을 위한 적어도 2개 이상의 렌즈로 이루어질 수 있다. 광학분야에서 잘 알려져 있는 바와 같이, 2개 이상의 렌즈를 이용하면, 가우시안 분포의 광을 대략 균일한 강도 분포의 평행광으로 바꿀 수 있으며, 그 광빔의 크기를 확대할 수 있다. 상기 광원유니트(55)에 의해 정형화된 광은 회절 디바이스로 입사된다.

상기 회절 디바이스는 상기 광원유니트(55)에 의해 정형화된 광의 경로 상에 설치되며, 정형화된 광을 회절시켜 피주사면 상에 화상정보와 대응되도록 광을 결상시킨다.

상기 회절 제어부(57)는, 상기 화상정보에 대응되게 광을 결상시킬 수 있도록, 회절 디바이스에 회절 정보를 부여하여 일정한 패턴으로 회절격자 이미지가 형성되도록 제어한다.

상기 회절 디바이스는 회절 제어부(57)로부터 입력되는 회절정보 신호에 따라 회절격자 이미지가 형성되는 액정 표시 패널(70)로 이루어질 수 있다.

액정 표시 패널(70)은 디스플레이 분야에서 널리 알려져 있는 바와 같이, 2차원으로 배열된 다수의 화소로 구성되며, 각 화소를 광을 온/오프하도록 독립적으로 구동할 수 있다. 따라서, 상기 회절 제어부(57)의 제어에 따라 액정 표시 패널(70)의 화소들을 온/오프시키면, 광이 투과하도록 작동된 화소는 슬릿으로서 작용을 하게 된다. 잘 알려져 있는 바와 같이, 슬릿을 통과하는 광은 회절되고, 그 회절에 의해 불연속적인 적어도 하나 이상의 광스폿이 형성되게 된다.

따라서, 회절 제어부(57)에 의해 액정 표시 패널(70)을 제어하여, 광을 투과하도록 작동된 화소와 광을 차단하도록 작동된 화소를 적절히 배치하여 피주사면에 원하는 이미지를 형성할 수 있도록 회절격자 이미지를 형성하면, 액정 표시 패널(70)을 투과하는 광은 회절격자 이미지에 의해 회절되어, 피주사면 상의 원하는 위치에 형성하고자 하는 화상정보에 해당하는 광스폿을 형성하게 된다. 피주사면에 감광드럼(50)과 같은 감광매체가 위치되면, 이러한 광스폿이 형성되는 지점에는 화상정보에 해당하는 정전잠상이 형성된다. 본 발명에 따른 주사 광학장치를 채용한 화상형성장치 예컨대, 인쇄기에서, 현상기(미도시)를 이용하여 상기 정전 잠상을 현상하면, 화상정보에 해당하는 이미지가 인쇄되게 된다. 상기 화상형성장치는 광을 주사하는 본 발명에 따른 주사 광학장치와, 이 주사 광학장치에 의해 주사되는 광에 의해 정전잠상이 형성되는 감광매체 예컨대, 감광드럼(50)를 포함한다.

상기 회절 디바이스에 형성되는 회절격자 이미지는 CGH(computer generated holography) 이미지로 구현할 수 있다. 이때, 상기 회절 제어부(57)는 형성하고자 하는 화상정보에 대응하는 CGH 이미지 자체를 데이터화한 데이터베이스나, 화상정보에 대응하는 CGH 이미지를 발생시킬 수 있는 CGH 발생기를 구비할 수 있다. 피주사면 상에 정전 잠상은 적어도 하나 이상의 도트(dot) 단위로 형성될 수 있으므로, 도트에 대한 데이터 베이스를 에이직(ASIC)화해서 CGH 발생기를 구성할 수 있다.

액정 표시 패널(70)에는 1라인 또는 2 이상의 라인을 동시에 주사할 수 있는 회절 격자 이미지를 형성하는 것이 가능하므로, 상기 회절 디바이스 및 회절 제어부(57)는, 상기 회절 제어부(57)에 의해 회절 디바이스를 제어함에 따라 피주사면 상에 1라인 또는 2이상의 라인을 동시에 주사할 수 있도록 마련된 것이 바람직하다.

여기서, CGH는 합성된 CGH 데이터로서, 적어도 1 비트 이상의 데이터로 구성될 수 있다. 예를 들어, CGH는 피주사면 상에 1 라인을 동시에 주사할 수 있는 다수 비트의 데이터 단위로 구성될 수 있다.

이와 같이 회절 디바이스 및 회절 제어부(57)를 구성하는 경우, 본 발명에 따른 주사 광학장치는 하나의 광원(53)을 사용하면서도, 1라인 또는 2 이상의 라인 을 동시에 주사할 수 있다.

따라서, 종래의 폴리곤 미러를 사용하는 경우에 비해, 1라인을 주사하는데 걸리는 시간을 크게 단축할 수 있으며, 또한 하나의 광원(53)을 사용하면서도 멀티 라인을 동시에 주사할 수 있는 이점이 있다.

이하, 본 발명에 따른 주사 광학장치에서의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 메인 제어부(51)에서 제어하여 광원(53)에 전원이 공급되면, 광원(53)은 연속된 광을 방출시킨다. 이 연속된 광은 광학유니트(55)를 통해 평행광 등으로 정형화된 후 회절 디바이스를 통과하게 된다.

이때, 메인 제어부(51)의 제어 신호에 따라 한 라인의 화상정보에 대응하여, 회절 제어부(57) 예컨대, CGH 발생기에서는 필요한 회절격자 정보를 회절 디바이스 예컨대, 액정 표시 패널(70)에 디스플레이 해준다.

즉, 액정 표시 패널(70)에는 회절 격자 정보에 따라 회절 격자 이미지가 디스플레이되며, 상기 광학유니트(55)에서 만들어진 평행광이 이러한 회절격자를 통과하면서 화상정보에 대응하는 회절영상이 생성된다. 생성된 회절영상은 화상정보에 대응하여 감광매체 예컨대, 감광드럼(50)을 노광시킨다.

이러한 일련의 과정은 각 라인을 주사하는 동안 동일한 과정을 통해 반복되어 주사 이미지를 형성한다. 이때, 각 라인의 화상정보에 대응하여 회절격자 정보인 CGH 이미지가 액정 표시 패널(70)에 형성된다.

감광드럼(50)의 화상형성면(50a)에, 도 4에 보여진 바와 같이, CGH 하나의 이미지로 1 비트 데이터(85)를 생성 또는 여러 비트 데이터(81)를 노광시킬 수 있 다. 경우에 따라서는 비트 데이터뿐만 아니라 하나의 CGH 이미지로 여러 비트 가 합성되어 면적을 가지는 이미지(83)를 한번에 노광시킬 수 있다. 또한, 감광드럼(50)의 화상형성면(50a)에, 1라인 또는 멀티 라인을 동시에 노광시킬 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 주사 광학장치는 종래의 주사 광학장치와는 전혀 다른 방식을 사용하는 것으로, 회절 디바이스에 CGH 이미지와 같은 회절격자 이미지를 형성하여 화상 정보를 피주사면에 주사하므로 스핀들 모터의 사용이 불필요하며, 회절 디바이스에서의 회절에 의해 피주사면에 화상정보에 대응하는 광을 결상시키므로 에프-세타 렌즈와 같은 렌즈가 불필요하다. 따라서, 본 발명에 따른 주사 광학장치에서는, 종래의 주사 광학장치에서 스핀들 모터가 회전할 때 발생되는 지터 및 주기성 흔들림 등이 전혀 발생되지 않는다.

또한, 1개의 광원을 사용하면서도 1라인 또는 멀티 라인을 동시에 주사하는 것이 가능하므로, 종래의 주사 광학장치에서 인쇄 속도를 높이기 위해서 다수의 광원 사용 또는 복잡한 광학계 추가로 인한 부피 증가를 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 주사 광학장치에 따르면, 종래의 광원의 온/오프 제어를 통한 1 비트 정보 주사 방식이 아니라, 라인 또는 멀티 라인 주사 등으로 여러 비트의 정보를 주사할 수 있으므로 고속 주사를 실현할 수 있으며, 멀티 비트 데이터 또는 다양한 데이터 합성에 의해 인쇄 속도가 증가될 수 있으므로, 고속 인쇄가 가능해진다.

Claims (14)

1. 광을 방출하는 광원과;

   상기 광원쪽에서 입사되는 광을 회절시켜 피주사면 상에 화상정보에 대응되게 광을 결상시키는 회절 디바이스와;

   상기 화상정보에 대응되게 광을 결상시킬 수 있도록, 상기 회절 디바이스에 회절정보를 부여하여 일정한 패턴으로 회절격자 이미지가 형성되도록 제어하는 회절 제어부; 및,

   상기 광원에서 방출된 광을 평행광으로 정형하여 그 정형화된 광이 상기 회절 디바이스로 입사되도록 하는 광학유니트;를 구비하는 것을 특징으로 하는 주사 광학장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 회절 디바이스는 상기 회절 제어부로부터 입력되는 회절정보 신호에 따라 회절격자 이미지가 형성되는 액정 표시 패널인 것을 특징으로 하는 주사 광학장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 광원은 레이저 다이오드 및 발광 다이오드 중 어느 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 주사 광학장치.
6. 제1항과 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회절격자 이미지는 CGH 이미지인 것을 특징으로 하는 주사 광학장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 회절 제어부는 CGH 이미지를 생성하는 데이터 베이스 또는 CGH 발생기를 구비하는 것을 특징으로 하는 주사 광학장치.
8. 제6항에 있어서, 상기 회절 디바이스 및 회절 제어부는, 상기 회절 제어부에 의해 상기 회절 디바이스를 제어함에 따라 피주사면 상에 1라인 또는 2 이상의 라인을 동시에 주사할 수 있도록 마련된 것을 특징으로 하는 주사 광학장치.
9. 제1항과 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회절 디바이스 및 회절 제어부는,

   상기 회절 제어부에 의해 상기 회절 디바이스를 제어함에 따라 피주사면 상에 1라인 또는 2 이상의 라인을 동시에 주사할 수 있도록 마련된 것을 특징으로 하는 주사 광학장치.
10. 광을 주사하는 주사 광학장치와; 상기 주사 광학장치에 의해 주사되는 광에 의해 정전잠상이 형성되는 감광매체를 포함하는 화상형성장치에 있어서,

    상기 주사 광학장치는, 청구항 1항과 제3항 및 제5항 중 어느 한 항의 주사 광학장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 회절격자 이미지는 CGH 이미지인 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 회절 제어부는 CGH 이미지를 생성하는 데이터 베이스 또는 CGH 발생기를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
13. 제11항에 있어서, 상기 회절 디바이스 및 회절 제어부는, 상기 회절 제어부에 의해 상기 회절 디바이스를 제어함에 따라 피주사면 상에 1라인 또는 2 이상의 라인을 동시에 주사할 수 있도록 마련된 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
14. 제10항에 있어서, 상기 회절 디바이스 및 회절 제어부는,

    상기 회절 제어부에 의해 상기 회절 디바이스를 제어함에 따라 피주사면 상에 1라인 또는 2 이상의 라인을 동시에 주사할 수 있도록 마련된 것을 특징으로 하는 화상형성장치.

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