KR100815347B1 - 진동 광변조기를 이용한 스캐닝 장치 - Google Patents

진동 광변조기를 이용한 스캐닝 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 진동 광변조기를 이용한 스캐닝 장치에 관한 것으로서, 반사 및 회절 현상에 의하여 단일빔으로부터 형성된 다수의 회절빔을 이용하여 고속의 스캐닝을 수행하며, 상기 구동 셀을 진동시킴으로서 각각의 회절빔이 다수의 픽셀을 구성할 수 있도록 하는 스캐닝 장치에 관한 것이다.
광변조기, 픽셀, 구동 셀, 단차, 회절, 단일빔, 다중빔, 진동

Description

진동 광변조기를 이용한 스캐닝 장치{Scanning equipment using a vibration optical modulator}
도 1은 단일광원과 f-θ렌즈를 사용하는 종래의 레이져 스캐닝 방식을 도시한 도면.
도 2는 이미지 헤드에 구성된 LED 배열에 의하여 형성된 다중빔에 의하여 레이져 스캐닝을 수행하는 종래의 레이져 스캐닝 방식을 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 압전/전왜 회절형 진동 광변조기를 이용한 단일빔 방식의 스캐닝 장치를 도시한 도면.
도 4a는 도 3의 구동 셀의 진동을 보여주는 도면이고, 도 4b는 도 3의 회절광의 이동을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 압전/전왜 회절형 광변조기를 구성하는 세로 방향이 가로 방향 보다 긴 후막 형상의 구동 셀의 배열을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 압전/전왜 회절형 광변조기를 구성하는 가로 방향이 세로 방향 보다 긴 후막 형상의 구동 셀의 배열을 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 마이크로 미러가 형성된 세로 방향이 가로 방향 보다 긴 후막 형상의 구동 셀의 배열을 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 마이크로 미러가 형성된 가로 방향이 세로 방향 보다 긴 후막 형상의 구동 셀의 배열을 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 압전/전왜 회절형 광변조기를 구성하는 세로 방향이 가로 방향 보다 긴 박막 형상의 구동 셀의 배열을 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 압전/전왜 회절형 광변조기를 구성하는 가로 방향이 세로 방향 보다 긴 박막 형상의 구동 셀의 배열을 도시한 도면.
도 11은 본 발명에 따른 마이크로 미러가 형성된 세로 방향이 가로 방향 보다 긴 박막 형상의 구동 셀의 배열을 도시한 도면.
도 12는 본 발명에 따른 마이크로 미러가 형성된 가로 방향이 세로 방향 보다 긴 후막 형상의 구동 셀의 배열을 도시한 도면.
도 13a는 본 발명에 따른 소정 개수의 구동 셀을 포함하고, 세로 방향이 가로 방향보다 긴 형상을 갖는 픽셀의 1차원 배열을 도시한 도면.
도 13b는 본 발명에 따른 소정 개수의 구동 셀을 포함하고, 가로 방향이 세로 방향보다 긴 형상을 갖는 픽셀의 1차원 배열을 도시한 도면.
도 14a는 본 발명에 따른 소정 개수의 구동 셀을 포함하고, 세로 방향이 가로 방향보다 긴 형상을 갖는 픽셀의 2차원 배열을 도시한 도면.
도 14b는 본 발명에 따른 소정 개수의 구동 셀을 포함하고, 가로 방향이 세로 방향보다 긴 형상을 갖는 픽셀의 2차원 배열을 도시한 도면.
도 15 및 도 16은 본 발명에 따른 구동전원에 대응하여 동작하는 압전/전왜 회절형 광변조기를 구성하는 구동 셀의 동작을 설명하기 위한 도면.
본 발명은 진동 광변조기를 이용한 스캐닝 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 광변조기를 이용하여 형성된 다수의 회절빔을 이용한 고속의 스캐닝을 수행하며, 광변조기를 진동시킴으로 회절광이 다수의 픽셀을 형성할 수 있도록 하는 진동 광변조기를 이용한 스캐닝 장치에 관한 것이다.
프린터 기술이 고속화, 소형화, 고화질화 및 저가화 방향으로 발전하고 있다. 일반적인 프린터는 레이져 다이오드(LD)와 f-θ렌즈를 이용하여 주사하는 레이져 스캐닝 방식을 사용한다.
프린터의 고속화를 실현하기 위해서 다중빔 형태의 빔 형성장치를 사용하는 이미지 헤드 방식이 사용된다. 이러한 방식에서는 고속화 및 고화질화가 가능하지만 광원을 여러개 사용해야 하므로 가격이 고가인 문제점이 있다.
도 1은 단일광원과 f-θ렌즈를 사용하는 종래의 레이져 스캔 방식을 사용하는 예를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 레이져 스캔 방식의 동작 예는 다음과 같다.
비디오 신호에 따라 광 빔이 레이져 다이오드(LD)(10)에서 발생하여 콜리메이터 렌즈(20)를 통과하면 평행광으로 변환된 후, 상기 변환된 평행광은 다시 실린더 렌즈(30)에 의해 주사방향에 대하여 수평방향의 선형광으로 변환되어 폴리곤 미러(40)로 입사한다.
상술한 바와 같이 상기 실린더 렌즈(30)에 의해 주사방향에 대하여 수평방향의 선형광이 입사되는 경우, 모터에 의해 회전하는 폴리곤 미러(40)는 입사하는 선형광을 f-θ렌즈(50) 방향으로 주사한다.
이후, 폴리곤 미러(40)에 의해서 등각속도로 주사된 선형광은 f-θ렌즈(50)에 의해 주사 방향으로 편향되고 수차가 보정되어 감광드럼(60)의 주사면상에 등속도로 주사된다.
상기의 레이져 스캐닝 방식은 레이져 다이오드(10)의 낮은 스위칭 속도 및 폴리곤 미러(40)의 주사 속도 문제로 인하여 고속의 프린팅을 얻기가 힘들다.
즉, 광빔의 주사 속도를 높이려면 더욱 고속의 모터를 사용하여 폴리곤 미러(40)를 회전 시켜야 하나, 이 경우에는 고속의 모터가 고가이고, 또한 고속으로 회전하는 모터는 열, 진동 및 잡음을 유발하여 동작 신뢰도를 떨어뜨리는 등의 문제점이 있으므로 주사속도의 큰 향상을 기대할 수 없다.
광 주사장치의 속도를 향상시키는 또 다른 방법에는 다중빔 형태의 빔 형성장치를 이용하는 이미지 헤드 프린팅 방식이 있다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 이미지 헤드(70)에 인쇄용지를 채울 수 있을 정도로 많은 양의 LED 배열(80)을 구성하여 다중빔을 형성함으로써, 레이져 스캔방식과 다르게 폴리곤 미러 및 f-θ렌즈의 사용없이 한번에 동시에 한줄씩을 프린트 할 수 있어 프린트 속도를 현저히 향상시킬 수 있었다.
그러나, LED 배열(80)을 형성하기 위하여 다수의 LED를 사용하는 경우 가격 상승의 원인이 되고 또 배열내의 LED들 사이의 광 균일도가 떨어지므로 균일한 이미지를 얻기가 힘든 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위한 국내 특허출원번호 P2003-077391호의 "압전/전왜 회절형 진동 광변조기를 이용한 스캐닝 장치"에는 외부로부터 인가되는 구동 전압에 의하여 온/오프 구동되는 구동 셀로 구성된 압전/전왜 회절형 광변조기에 의하여 형성되는 다수의 회절빔을 이용한 고속의 스캐닝을 수행하는 스캐닝 장치가 제공되어 있다.
그러나, 상기 종래 개선된 기술에 따른 "압전/전왜 회절형 진동 광변조기를 이용한 스캐닝 장치"는 단일빔으로 다수의 회절빔을 생성하여 고속의 스캐닝이 가능하도록 하지만 스캐닝 장치가 필요로 하는 픽셀을 제공하기 위해서는 회절 광변조기에 필요한 구동 셀의 수가 너무 많아 제작 및 제어가 어렵고 비용이 많이드는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위하여, 광변조기에 의하여 형성되는 다수의 회절빔을 이용한 고속의 스캐닝을 수행하며, 광변조기를 진동시킴으로서 회절광이 다수의 픽셀을 형성할 수 있도록 하는 스캐닝 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 소정 광원으로부터 출력된 단일빔을 광로 방향에 대하여 수평주사 시키는 제 1 렌즈수단; 반사 및 회절 현상에 의하여 상기 단일빔으로부터 다수의 회절빔을 생성하는 광변조기; 상기 광변조기를 진동시켜 각각의 회절빔이 다수의 픽셀을 형성할 수 있도록 하는 진동수단; 상기 광변조기로부터 입사되는 다수의 회절빔 중에서 소정의 회절계수를 갖는 회절빔에 대한 필터링을 수행하는 슬릿; 및 상기 슬릿에 의하여 선택적으로 필터링 된 소정의 회절계수를 갖는 회절빔을 감광부재의 감광면에 소정 거리를 유지하면서 조사하는 제 2 렌즈수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 회절형 광변조기를 이용한 스캐닝 장치의 구성을 상세하게 설명하게 되는데, 이하에서는 압전/전왜 회절형 광변조기를 예로 들어 설명하였지만 투과형, 반사형, 기타 회절형 광변조기에도 적용가능하다.
먼저, 도 3 및 도 4a 및 도 4b를 참조하여 본 발명에 따른 회절형 진동 광변조기를 이용한 스캐닝 장치의 구성을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 회절형 광변조기를 이용한 스캐닝 장치는, 외부로부터 인가되는 구동 전원에 의하여 압전/전왜 구동을 수행하는 압전/전왜 회절형 광변조기의 회절 현상에 의하여 형성된 다중빔을 이용하여 고속의 스캐닝을 수행하는 것으로서, 광원(100), 제 1 렌즈 수단(200), 압전/전왜 회절형 광변조기(300), 슬릿(400) 및 제 2 렌즈 수단(500), 진동 수단(800)을 포함하여 구성된다.
여기서, 도 3은 소정 개수의 구동 셀을 포함하고, 1차원 형상으로 배열된 픽셀로 구성된 압전/전왜 회절형 광변조기에 의하여 1차원 형상의 고속 스캐닝을 수행하는 스캐닝 장치의 구성을 도시하고 있다.
하지만, 소정 개수의 구동 셀을 포함하고, 2차원 형상으로 배열된 픽셀로 구성된 압전/전왜 회절형 광변조기에 의하여 2차원 형상의 고속 스캐닝을 수행하는 스캐닝 장치의 구성도 가능하다.
광원(100)은 소정의 파장을 갖는 레이져 다이오드로 구성된 1개 또는 복수개의 발광원으로 구성되며, 상기 광원으로부터 출사되는 광은 후술하는 제 1 렌즈 수단(200)을 통하여 광로 방향에 대하여 수평 방향의 선형광으로 변환된 후, 상기 광로 방향에 대하여 수평으로 위치하는 압전/전왜 회절형 광변조기(300)에 입사된다.
제 1 렌즈수단(200)은 상기 광원(100)에서 출력된 단일빔을 광로 방향에 대하여 수평 방향의 선형광으로 변환시켜 후술하는 압전/전왜 회절형 광변조기(300)에 집속시키는 것으로서, 콜리메이션 렌즈(201)와 실린더 렌즈(202)로 구성된다.
여기서, 콜리메이션 렌즈(201)는 상기 광원(100)으로부터 입사되는 구면광을 평행광으로 변환한 후, 이를 상기 실린더 렌즈(202)로 입사시킨다.
실린더 렌즈(202)는, 상기 콜리메이션 렌즈(201)로부터 입사되는 평행광을 광로 방향에 수평으로 위치하는 압전/전왜 회절형 광변조기(300)에 수평으로 입사시키기 위하여, 평행광을 수평방향의 선형광으로 변환시킨 후 이를 후술하는 빔분리기(미도시)를 통하여 압전/전왜 회절형 광변조기(300)로 입사시킨다.
압전/전왜 회절형 광변조기(300)는 제 1 렌즈 수단(200)으로부터 입사된 단일빔 형태의 선형광을 회절시켜 소정의 회절계수를 갖는 회절빔을 형성한 후, 상기 회절빔을 감광부재(600)의 감광면에 수평방향으로 주사시키는 것으로서, 소정 형상의 박막 및 후막 구조를 갖는 다수의 구동 셀(320)을 포함하여 구성된다.
즉, 상기 압전/전왜 회절형 광변조기(300)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 소정 기판(310) 상에 형성되는 하부전극(321)과, 상기 하부 전극(321)상에 형성된 압전/전왜층(322) 및 상기 압전/전왜층(322)의 상부에 형성된 상부전극(323)으로 구성되고, 외부로부터 인가되는 구동 전원에 의하여 상하 구동되는 세로 방향의 길이가 가로 방향의 길이보다 긴 후막 형상의 구동 셀(320)을 포함하여 구성된다.
이때, 상기 압전/전왜 회절형 광변조기(300)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 스캐닝 장치의 구조적인 특징을 고려하여 가로 방향의 길이가 세로 방향의 길이보다 긴 후막 형상의 구동 셀(320)을 포함하여 구성할 수 도 있다.
또한, 상기 압전/전왜 회절형 광변조기(300)는, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 반사면으로 동작하는 상부 전극(323)상에 입사되는 입사광의 반사효율을 극대화 하기 위한 마이크로 미러(324)를 더 포함하여 구성할 수 있다.
압전/전왜 회절형 광변조기(300)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 중앙 부분에 이격 공간을 제공하기 위한 함몰부가 형성되어 있는 실리콘 기판(310)상에 하부전극(321), 압전/전왜층(322) 및 상부전극(323)으로 구성되고, 외부로부터 인가되는 구동 전원에 의하여 상하 구동되는 세로 방향의 길이가 가로 방향의 길이보다 긴 박막 형상의 구동 셀(320)을 포함하여 구성된다.
이때, 상기 압전/전왜 회절형 광변조기(300)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 스캐닝 장치의 구조적인 특징을 고려하여 가로 방향의 길이가 세로 방향의 길이보다 긴 박막 형상의 구동 셀(320)을 포함하여 구성될 수 도 있다.
또한, 상기 압전/전왜 회절형 광변조기(300)는, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 반사면으로 동작하는 상부 전극(323)상에 입사되는 입사광의 반사효율을 극대화 하기 위한 마이크로 미러(324)를 더 포함하여 구성할 수 있다.
여기서, 하부 전극(321)은 후막 구조의 구동 셀(320)을 구성하는 소정의 기판(310)상에 형성되어 외부로부터 인가되는 구동전압을 압전/전왜층(322)에 제공하는 것으로서, Pt, Ta/Pt, Ni, Au, Al, Ti/Pt, IrO2, RuO2 등의 전극 재료에 대한 스퍼터링 또는 증착방법에 의하여 기판(310)상에 형성시킨다.
또한, 하부 전극(321)은 박막 구조의 구동 셀(320)을 구성하는 소정의 기판(310) 또는 하부 지지대(310')상에 형성되어 외부로부터 인가되는 구동전압을 압전/전왜층(322)에 제공하는 역할을 또한 수행한다.
여기서, 하부 지지층(310')은 박막 구조를 갖는 구동 셀(320)의 압전/전왜층(322)을 지지하기 위하여 실리콘 기판(310)상에 증착되어 형성되는 것으로서, SiO2, Si3N4, Si, ZrO2, Al2O3 등의 재료로 구성되고, 이러한 하부 지지대(310')는 필요에 따라 생략할 수 있다.
압전/전왜층(322)은 외부로부터 인가되는 구동 전원에 연동하여 발생하는 압전 현상에 의하여 상·하 방향 또는 좌.우 방향으로 길이가 변화하는 소정의 압전/전왜 재료, 보다 구체적으로는, PZT, PNN-PT, PLZT, AlN, ZnO. Pb, Zr 또는 타이타늄 등의 압전/전왜 재료를 습식(스크린 프린팅, 졸-겔 코팅 등) 및 건식 방법(스퍼터링, 증착, 기상 증착(Vapor Deposition) 등)을 통하여 0.01~20.0㎛ 범위로 상기 하부 전극(321)상에 형성된다.
상부 전극(323)은 상기 압전/전왜층(322)의 상부에 형성되어 제 1 렌즈 수단(200)으로부터 입사되는 입사광에 대한 반사 및 회절을 수행하는 것으로서, 보다 구체적으로는 Pt, Ta/Pt, Ni, Au, Al, Ti/Pt, IrO2, RuO2 등의 전극재료를 스퍼터링 또는 증착 방법을 통하여 0.01~3㎛ 범위로 형성된다.
이때, 상부 전극(323)은 외부로부터 입력되는 광신호에 대한 반사 및 회절을 수행하는 마이크로 미러로서 동작하거나, 또는 상기 광신호에 대한 반사 및 회절을 더욱 강화 시키기 위하여 소정의 광반사 물질인 Al, Au, Ag, Pt, Au/Cr로 구성된 마이크로 미러(324)를 더 포함하여 구성될 수 도 있다.
여기서, 상기 압전/전왜 회절형 광변조기(300)는 상기 구동 셀(320)이 소정의 개수로 그룹화 된 픽셀(330) 단위로 구동되고, 상기 픽셀(330)은 소정의 감광부재(600)를 구성하는 감광면의 한 점(DOT)에 대응한다.
즉, 상기 압전/전왜 회절형 광변조기(300)는, 도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이, 소정 개수의 구동 셀(320)을 포함하고, 1차원 형상으로 배열된 픽셀(330)의 회절현상에 의거하여 형성되는 회절빔을 감광면에 주사시킴으로써, 1차원 형상의 스캐닝, 보다 구체적으로는 한 줄에 대한 스캐닝을 동시에 수행한다.
여기서, 도 13a는 세로 방향이 가로 방향보다 길게 형성된 픽셀이 1차원 형상으로 배열된 구조를 도시한 도면이고, 도 13b는 가로 방향이 세로 방향보다 길게 형성된 픽셀이 1차원 형상으로 배열된 구조를 도시한 도면이다.
또한, 상기 압전/전왜 회절형 광변조기(310)는, 도 14a 및 도 14b에 도시된 바와 같이, 소정 개수의 구동 셀(320)을 포함하고, 2차원 형상으로 배열된 픽셀(330)의 회절현상에 의거하여 형성된 2차원 형상의 회절빔을 감광면에 주사시킴으로써, 2차원 형상의 스캐닝, 보다 구체적으로는 다수의 줄에 대한 스캐닝을 동시에 수행한다.
여기서, 도 14a는 세로 방향이 가로 방향보다 길게 형성된 픽셀(330)이 2차원 형상으로 배열된 구조를 도시한 도면이고, 도 14b는 가로 방향이 세로 방향보다 길게 형성된 픽셀(330)이 2차원 형상으로 배열된 구조를 도시한 도면이다.
즉, 상기 압전/전왜 회절형 광변조기(300)를 구성하는 각각의 픽셀(330)은, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 1차원 형상 또는 2차원 형상으로 배열되고, 이에 의하여 1차원 형상 또는 2차원 형상의 스캐닝을 수행하여 한줄 또는 다수의 줄에 대한 스캐닝을 수행한다.
이때, 상기 픽셀(330)을 구성하는 구동 셀(320)은 4개로 구성된 형상만이 도시되어 있으나, 상기 픽셀(330)을 구성하는 구동 셀(320)이 4개로 한정되는 것은 아니며 그 이외의 개수로 구성될 수 있다는 점에 유의하여야 한다.
이하, 도 15 및 도 16을 참조하여 압전/전왜 회절형 광변조기의 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.
압전/전왜 회절형 광변조기(300)의 각 픽셀(330)을 구성하는 구동 셀(320)은 외부로부터 인가되는 구동전원의 유무에 의거하여 입사광을 반사시키는 반사체로 사용되거나, 또는 소정의 회절계수를 갖는 회절빔을 생성하는 가변 회절격자로서 동작한다.
즉, 상기 압전/전왜 회절형 광변조기(300)는 소정 개수의 구동 셀(320)로 구성된 각 픽셀(330)의 회절 현상에 의하여 발생하는 회절빔, 보다 구체적으로는 0차, +1차, -1차 및 고차의 회절계수를 갖는 회절빔을 생성시키는 것이 가능하고, 여기서는 설명의 편의를 위하여 0차 회절빔에 연동하여 동작하는 구동 셀(320)의 구동에 대하여 설명한다.
먼저, 압전/전왜 회절형 광변조기(300)를 구성하는 각 픽셀(330)은 외부로부터 구동전원이 인가되지 않는 상태에서 수평 방향의 단일빔이 입사되는 경우, 도 15a 및 도 15b에 도시된 바와 같이, 상기 픽셀(330)을 구성하는 구동 셀 (320) 상호간에 단차가 형성되지 않아 회절현상이 초래되지 않고, 이에 의하여 상기 단일빔을 입사 방향에 대하여 동일한 방향으로 반사시키는 0차 회절빔을 형성한다.
즉, 0차 회절을 기준으로 하여 반사모드에서는 상기 제 1 렌즈 수단(200)을 통하여 입사하는 입사광을 반사시켜 후술하는 제 2 렌즈 수단(500), 보다 구체적으로는 프로젝션 렌즈를 통하여 소정의 감광부재(600)로 진행시키는 온(ON)상태가 된다.
여기서, 도 15a는 압전/전왜 회절형 광변조기(300)의 각 픽셀(330)을 구성하는 후막 형상의 구동 셀(320)에 의한 0차 회절빔의 형성을 설명하기 위한 도면이고, 도 15b는 박막 형상의 구동 셀(320)에 의한 0차 회절빔의 형성을 설명하기 위한 도면이다.
그러나, 외부로부터 구동전원이 인가되는 경우, 압전/전왜 회절형 광변조기 (300)를 구성하는 각 픽셀(330)은, 도 16a 및 16b에 도시된 바와 같이, 구동전원에 연동하여 상·하 방향으로 변화하거나 또는 변화하지 않는 구동 셀(320)의 구성 변화에 의거하여 가변 회절 격자를 형성하고, 이에 의거하여 외부로부터 입사된 단일빔에 대한 회절을 수행하여 소정의 회절계수를 갖는 다중빔을 형성한다.
여기서, 도 16a는 압전/전왜 회절형 광변조기(300)의 픽셀(330)을 구성하는 후막 형상의 구동 셀(320)에 의한 ±1차 회절빔의 형성을 설명하기 위한 도면이고, 도 16b는 박막 형상의 구동 셀(320)에 의한 ±1차 회절빔의 형성을 설명하기 위한 도면이다.
이때, 상기 각 픽셀(330)을 구성하는 인접한 구동 셀(320)이 입사광의 파장에 대하여 1/4파장 깊이의 단차를 형성하도록 구동전원을 인가하는 경우, 상기 픽셀(330)은 0차 회절이 최소화 되고, +1차 또는 -1차 회절이 극대화 된다.
즉, 인접한 구동 셀(320) 상호간의 발생하는 단차, 보다 구체적으로는 반사면의 깊이 차이가 입사광의 파장의 1/4파장 깊이의 단차를 형성하는 회절모드에서는 ±1차 및 고차의회절 빔들이 형성되나, 상기 회절빔들은 후술하는 슬릿 (400)에 의하여 차단되어 제 2 렌즈 수단(500) 쪽으로 진행하지 못하므로 오프(OFF) 상태가 된다.
이때, 상기 각 픽셀(330)을 구성하는 인접한 구동 셀(320)이 입사광의 파장에 대하여 0 에서 1/4의 단차를 형성하도록 구동전원을 인가하는 경우, 상기 픽셀(330)은 0차, +1차 및 -1차 회절계수를 갖는 회절빔을 동시에 형성한다.
압전/전왜 회절형 광변조기(300)의 각 픽셀(330)을 구성하는 구동 셀은(320)은 외부로부터 인가되는 구동전원의 강도에 의거하여 단차의 고저가 제어되고, 이에 의하여 프린팅의 인쇄강도가 조절된다.
즉, 인가되는 구동전원이 고전압일 경우, 상기 구동 셀(320)을 구성하는 압전/전왜 재료층(322)은 압전현상에 의거하여 상측 또는 하측의 일측 방향으로 크게 신장되고, 이에 의하여 인쇄용지에 프린팅되는 활자의 인쇄강도가 높아진다.
그러나, 인가되는 구동전원이 저전압일 경우, 상기 구동 셀(320)을 구성하는 압전/전왜 재료층(322)은 압전현상에 의거하여 상측 또는 하측의 일측 방향으로 작게 신장되고, 이에 의하여 인쇄용지에 프린팅되는 활자의 인쇄강도가 낮아진다.
또한, 박막 형태의 구동 셀(320)을 구성하는 압전/전왜 재료층(322)는 압전현상에 의거하여 상하 이동하게 되고 이에 의하여 인쇄용지에 프린팅되는 화질의 인쇄강도가 조절된다.
따라서, 상기 압전/전왜 회절형 광변조기(300)는, 각 픽셀(330)을 구성하는 구동 셀(320)에 인가하는 구동전압을 미세 조정하여 상기 구동 셀(320)의 고저를 조정함으로써, 소정의 회절계수, 보다 구체적으로는 0차, ±1차 회절계수를 갖는 회절빔의 세기를 아날로그 적으로 조절할 수 있는 그레이 스케일 제어(gray scale control)를 수행할 수 있다.
여기서, 도 15 및 도 16을 참조하여 설명한 상기 회절형 광변조기는 0차 회절 빔을 신호로 사용한 경우를 설명한 것이나, 필요에 의해서 적절한 렌즈와 슬릿을 사용하여 ±1차회절 빔을 신호로 사용할 수도 있다.
슬릿(400)은 상기 압전/전왜 회절형 광변조기(300)에 의하여 회절되어 형성된 회절빔을 입력받은 후, 상기 입력된 회절빔 중에서 소정의 회절계수, 보다 구체적으로는 0차, +1차 및 -1차 회절계수를 갖는 회절빔 중에서 소정의 회절계수를 갖는 회절빔만을 선택적으로 투과시켜 이를 후술하는 제 2 렌즈수단(500)으로 출사시킨다.
제 2 렌즈수단(500)은 상기 슬릿(400)을 통하여 입사되는 소정의 회절계수를 갖는 회절빔을 감광드럼 등의 소정의 감광부재(700)의 감광면상에 집속시켜 점광을 형성시키는 역할을 수행하는 것으로서, 보다 구체적으로는 프로젝션 렌즈이다.
이때, 본 발명에서는 소정의 감광부재(600)의 감광면상에 회절빔을 집속시키는데 있어서 조밀하게 회절빔을 집속시키지 않고 각 점광이 소정거리(일예로 점광 사이에 다수개의 픽셀이 위치할 수 있는 거리)를 갖으며 위치하도록 집속시킨다.
그리고, 진동 수단(800)가 도 4a에 도시된 바와 같이 압전/전왜 회절형 광변조기(300)을 진동시키면, 도 4b의 (가) 내지 (라)에 도시된 바와 같이 점광이 한칸 한칸 이동하게 된다.
그렇게 함으로 일예로 5000개의 픽셀이 필요한 경우에 500개의 구동 셀만을 가지고서도 진동 수단(800)을 이용하여 픽셀의 구현이 가능하게 된다.
여기에서 진동 수단(800)은 압전 재료를 이용하여 진동을 얻을 수 있고, 정전기력 또는 정자기력을 이용하여 진동을 얻을 수 있다.
이하, 도 3 및 도 4a 및 도 4b 참조하여 본 발명에 따른 압전/전왜 회절형 진동 광변조기를 이용한 스캐닝 장치의 동작 과정을 상세하게 설명한다.
먼저, 소정의 광원(100), 보다 구체적으로는 단일의 레이져 다이오드(LD)에서 발생된 구형 파형의 단일빔은 광축상에 형성된 콜리메이션 렌즈(210)와 실린더 렌즈(220)로 구성된 제 1 렌즈 수단(200)으로 입사된다.
여기서, 상기 제 1 렌즈 수단(200)을 구성하는 콜리메이션 렌즈(210)로 입사한 구형 파형의 단일빔은 평행광으로 변환된 후 다시 실린더 렌즈(220)로 입사된다.
이때, 상기 실린더 렌즈(220)는, 광로상에 수평방향으로 위치하는 압전/전왜 회절형 광변조기(300)에 수평으로 입사시키기 위하여, 상기 콜리메이션 렌즈(210)로부터 입사되는 평행광을 수평방향의 선형광으로 변환시킨 후, 이를 회절형 광변조기에 집속시킨다.
상술한 바와 같이 상기 제 1 렌즈 수단(200)을 통하여 수평방향의 선형광으로 변환된 단일빔이 집속되는 경우, 상기 압전/전왜 회절형 광변조기(300)는 인가되는 구동전원의 유무에 의거하여 소정 개수의 구동 셀(320)로 구성된 각 픽셀(330)을 반사체로 이용하거나, 또는 상기 구동 셀(320) 상호간에 형성되는 단차에 의거하여 0차, +1차 및 -1차의 회절계수를 갖는 회절빔을 형성하는 가변 회절격자로서 이용한다.
즉, 외부로부터 구동전원이 인가되지 않는 경우, 상기 압전/전왜 회절형 광변조기(300)의 각 픽셀(330)을 구성하는 구동 셀(320)은 상호 단차를 형성하지 않고, 이에 의거하여 상기 각 픽셀(330)은 입사되는 단일빔에 대한 0차 회절을 수행하여 형성된 0차 회절계수를 갖는 회절빔을 감광부재(600) 방향으로 출사시킨다.
그리고, 외부로부터 구동전원이 인가되는 경우, 상기 압전/전왜 회절형 광변조기(300)의 각 픽셀(330)을 구성하는 구동 셀(320)은 상호 단차를 형성하고, 이에 의거하여 상기 각 픽셀(330)은 입사되는 단일빔에 대한 회절을 수행하여 형성된 +1차 또는 -1차 회절계수를 갖는 회절빔을 감광부재(600) 방향으로 출사시킨다.
이때, 상기 압전/전왜 회절형 광변조기(300)는, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 1차원 형상 또는 2차원 형상으로 배열된 각 픽셀(330)의 배열 형상에 의거하여 소정의 회절계수를 갖는 1차원 형상의 회절빔 또는 2차원 형상의 회절빔을 형성한다.
또한, 상기 압전/전왜 회절형 광변조기(300)는, 외부로부터 인가되는 구동전원의 강도에 의거하여 각 픽셀(330)을 구성하는 구동 셀(320) 상호간에 형성되는 단차의 크기를 미세 조정함으로써, 0차, +1차 및 -1차 회절계수를 갖는 회절빔의 세기를 아날로그 적으로 조절할 수 있는 그레이 스케일 제어(gray scale control)를 수행한다.
즉, 인가되는 구동전원이 고전압일 경우, 상기 구동 셀(320)을 구성하는 압전/전왜 재료층(322)은 압전현상에 의거하여 상측 또는 하측의 일측 방향으로 크게 신장되고, 이에 의하여 인쇄용지에 프린트되는 활자의 인쇄강도가 높아진다.
그러나, 인가되는 구동전원이 저전압일 경우, 상기 구동 셀(320)을 구성하는 압전/전왜 재료층(322)은 압전현상에 의거하여 상측 또는 하측의 일측 방향으로 작게 신장되고, 이에 의하여 인쇄용지에 프린트되는 활자의 인쇄강도가 낮아지는 것이다.
상술한 바와 같이 상기 압전/전왜 회절형 광변조기(300)에 의하여 형성된 소정의 회절계수를 갖는 회절빔이 슬릿(400)으로 입사되는 경우, 상기 슬릿(400)은 기 설정된 회절계수를 갖는 회절빔만을 통과시키고 나머지 회절계수를 갖는 회절빔에 대하여는 필터링은 수행한다.
즉, 상기 슬릿은 0차 회절계수를 갖는 회절빔에 대하여는 필터링을 수행하지 않고, +1차, -1차의 회절계수를 갖는 회절빔에 대해서 필터링을 수행한다.
따라서, 상기 슬릿(400)은 0차 회절계수를 갖는 회절빔에 대해서는 필터링을 수행하지 않고 통과시킴으로써, 본 발명에 따른 스캐닝 장치는 소정의 감광부재를 구성하는 감광면상에 점광을 형성시키는 온(ON)상태가 된다.
그러나, 상기 슬릿(400)은 +1차 또는 -1차 회절계수를 갖는 회절빔에 대해서는 필터링을 수행하여 통과시키지 않음으로써, 본 발명에 따른 스캐닝 장치는 소정의 감광부재를 구성하는 감광면상에 점광을 형성시키지 않는 오프(OFF) 상태가 된다.
상술한 바와 같이 상기 슬릿에 의하여 선택적으로 필터링된 소정의 회절계수를 갖는 회절빔이 프로젝션 렌즈에 입사되는 경우, 상기 프로젝션 렌즈(500)는 입사된 소정의 회절계수를 갖는 회절빔을 1차원 또는 2차원 형상으로 감광부재 (600)의 감광면에 집속시키는 스캐닝을 수행함으로써, 감광면에 대하여 한줄 또는 다수의 줄에 대한 스캐닝을 동시에 수행한다.
이때, 본 발명에서는 소정의 감광부재(600)의 감광면상에 회절빔을 집속시키는데 있어서 조밀하게 회절빔을 집속시키지 않고 각 점광이 소정거리(일예로 점광 사이에 다수개의 픽셀이 위치할 수 있는 거리)를 갖으며 위치하도록 집속시킨다. 즉 도면에 도시된 바와 같이 점광이 프로젝션 렌즈(500)에 맺히는데 3개의 픽셀이 더 배치되어도 좋을 정도의 거리를 두고 점광이 맺히도록 한다.
그리고, 이때 진동 수단(800)이 도 4a에 도시된 바와 같이 압전/전왜 회절형 광변조기(300)을 순차적으로 아래 방향으로 진동시키면, 점광의 위치가 우측으로 점차적으로 변화하게 된다.
즉, 4b의 (가)에서처럼 처음에 점광이 3개의 픽셀의 배치가 가능한 처음 점에 맺히게 되고, 다음으로 진동 수단(700)에 의해 압전/전왜 회절형 광변조기(300)가 진동하면 도 4b의 (나)에 도시된 바와 같이 우측으로 이동하게 된다.
그리고, 계속하여 진동수단(800)이 압전/전왜 회절형 광변조기(300)를 진동시키면 도 4b의 (다)에 도시된 바와 같이 우측으로 또 한칸 이동하게 되고 최종적으로 도 4b의 (라)에 도시된 바와 같이 마지막 픽셀의 위치로 이동하여 모든 픽셀을 다 형성하게 된다.
그렇게 함으로 일예로 4000개의 픽셀이 필요한 경우에 1000개의 구동 셀만을 가지고서도 진동 수단(800)을 이용하여 픽셀의 구현이 가능하게 된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 회절형 광변조기를 이용한 스캐닝 장치에 따른면, 적은수의 구동 셀을 이용하여 다수의 픽셀을 형성할 수 있도록 하여 제작면에 있어서 용이하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 적은 수의 구동 셀을 가지고 스캐닝 장치를 구현함으로 제어가 용이하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 적은 수의 구동 셀을 이용함에 따라 비용 절감의 효과를 얻을 수 있다.
여기서, 상술한 본 발명에서는 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. 소정 광원으로부터 출력된 단일빔을 광로 방향에 대하여 수평주사 시키는 제 1 렌즈수단;
    반사 및 회절 현상에 의하여 상기 단일빔으로부터 다수의 회절빔을 생성하는 광변조기;
    상기 광변조기를 진동시켜 각각의 회절빔이 다수의 픽셀을 형성할 수 있도록 하는 진동수단;
    상기 광변조기로부터 입사되는 다수의 회절빔 중에서 소정의 회절계수를 갖는 회절빔에 대한 통과시키는 슬릿; 및
    상기 슬릿에 의하여 선택적으로 통과된 소정의 회절계수를 갖는 회절빔을 감광부재의 감광면에 소정 거리를 유지하면서 조사하는 제 2 렌즈수단
    을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 진동 광변조기를 이용한 스캐닝 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광변조기는, 반사형 광변조기인 것을 특징으로 하는 진동 광변조기를 이용한 스캐닝 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광변조기는, 투과형 광변조기인 것을 특징으로 하는 진동 광변조기를 이용한 스캐닝 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광변조기는, 회절형 광변조기인 것을 특징으로 하는 진동 광변조기를 이용한 스캐닝 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 회절형 광변조기는, 후막형 회절형 광변조기인 것을 특징으로 하는 진동 광변조기를 이용한 스캐닝 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 회절형 광변조기는, 박막형 회절형 광변조기인 것을 특징으로 하는 진동 광변조기를 이용한 스캐닝 장치.
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