KR100815355B1 - 레이저 프린터용 스캐닝 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 프린터용 스캐닝 장치에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은 광변조기와 피스캐닝 객체인 감광 드럼의 축을 비수직으로 형성함으로써, 기타 소자들의 한계 내에서 보다 높은 해상도와 속도로 스캐닝을 수행할 수 있는 스캐닝 장치에 관한 것이다.

스캐닝, 레이저 프린터, 광변조기

Description

레이저 프린터용 스캐닝 장치{Scanning Apparatus for laser printer}

도1은 종래의 광변조기를 사용한 레이저 프린터용 스캐닝 장치를 도시하고 있다.

도2a 및 도2b는 종래 스캐닝 장치에 따른 인쇄 방식을 나타낸다.

도3은 본 발명에 따른 스캐닝 장치에 의한 인쇄 방식을 나타낸다.

도4는 본 발명에 따른 스캐닝 장치의 구성도를 나타낸다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

41 : 감광 드럼 42 : F-θ렌즈

43 : 콜리메이트 렌즈 44 : 레이저 다이오드

45 : 회전 미러 46 : 투사 렌즈

47 : 슬릿 48 : 광변조기 소자 어레이

본 발명은 레이저 프린터용 스캐닝 장치에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은 광변조기와 피스캐닝 객체인 감광 드럼의 축을 비수직으로 형성함으로써, 기타 소자들의 한계 내에서 보다 높은 해상도와 속도로 스캐닝을 수행할 수 있는 스캐닝 장치에 관한 것이다.

최근 레이저 프린터에 사용되는 광빔 스캐닝 장치는 화상 형성장치, 예를 들면 레이저 프린터, 디스플레이 장치, LED 프린터, 전자 사진 복사기 및 워드 프로세서 등에서, 광빔을 스캐닝하여 광빔을 감광매체에 스폿(spot)을 형성시켜 화상 이미지를 결상시키는 장치이다.

이러한 광빔 스캐닝 장치는 화상 형성장치가 소형화, 고속화 및 고해상화되는 방향으로 발전함에 따라 이에 대응하여 소형화, 고속화 및 고해상화의 특성을 가지도록 꾸준히 연구 개발되어 지고 있다.

최근에 보급되고 있는 프린터 중 레이저 프린터는 흑백 프린터 분야에서 잉크젯 프린터(Inkjet Printer)에 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 변조 시켜 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 감광 드럼(17)이나 피스캐닝 객체로 스캐닝되거나, 또는 비등선속도로 이동하는 상기 갈바노 미러에 의해 감광 드럼(17)이나 피스캐닝 객체로 스캐닝된다.

이때, 회전 미러(14)의 회전 속도는 광변조기(13)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 감광 드럼(17)이나 피스캐닝 객체의 조사 면상에 초점을 맞추어 조사한다.

도2a는 도1의 스캐닝 장치에 의해 종이에 인쇄되는 과정을 나타낸다.

광변조기(13)는 통상적으로 1080개의 미러셀 어레이가 일렬로 배열된 형태이 다. 도1에 도시된 스캐닝 장치는 광변조기(13)를 감광 드럼(17)의 축과 수직으로 구성하여 도2a에 도시된 바와 같이 한번에 1080개의 세로로 배열된 픽셀을 가로 방향으로 진행하면서 스캐닝한다. 종이 한 장의 가로 방향 폭이 10,000개의 픽셀로 구성되어 있다고 할 경우, 종이 가로폭을 횡단하면서 광변조기(13)가 10,000번 동작하여야 1080×10,000개의 픽셀이 인쇄된다.

그러나, 이 방식의 경우 한 라인을 인쇄하기 위해 광변조기(13)가 가로 방향의 픽셀 수만큼 동작하여야 하는데 광변조기(13)의 동작 속도는 현재 최고 수백 kHz 정도로 한정되어 있다. 따라서, 이러한 방식으로 스캐닝 속도를 더 올리는 것은 광변조기(13)의 동작 속도의 한계에 의해 제한된다.

도1에 도시된 스캐닝 장치를 변형하여 광변조기(13)의 미러셀 어레이가 감광 드럼(17)의 축과 평행을 이루도록 하여 구성하는 기술도 공지되어 있는데, 이 경우에는 가로 방향으로 1080개의 픽셀씩 인쇄를 하게 된다. 도2b는 이와 같은 스캐닝 방법에 의한 스캐닝 과정을 나타낸다.

이 방식의 경우에는, 가로 방향으로 한번에 1080개의 픽셀을 스캐닝하여야 하므로, 이를 반사시키는 폴리곤 미러의 회전 속도가 매우 빨라야 한다. 그러나, 폴리곤 미러의 회전 속도는 현재 20000rpm 정도로 한정되어 있으므로, 이러한 방식으로 스캐닝 속도를 더 올리는 것은 폴리곤 미러(14)의 회전 속도의 한계에 의해 제한된다.

전술한 바와 같이, 종래의 세로방향 스캐닝 방식은 기본적으로 광변조기 소자의 동작 속도의 한계에 의해 제한되고, 가로방향 스캐닝 방식은 기본적으로 폴리 곤 미러의 회전 속도의 한계에 의해 제한된다. 현재의 폴리곤 미러의 회전 속도 및 광변조기 소자의 동작 속도 한계 내에서 해상도를 유지하면서 스캐닝 속도를 더 올릴 수 있는 방법이 요구된다.

이와 관련하여, 미국특허 6,025,859호는 프린팅 속도를 높이기 위해 2개의 광변조기 소자를 사용하는 레이저 프린터를 개시하고 있으나, 이는 상술한 바와 같은 프린팅 속도의 한계를 근본적으로 해결하지는 못하는 구성이다.

본 발명은 종래의 광변조기 및 폴리곤 미러를 사용하여 더 높은 해상도와 더 빠른 스캐닝 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 스캐닝 장치는, 평행광을 발생시키고, 이를 회절 및 변조하여 다중 회절빔을 발생시키는 광학 수단; 그 축이 상기 광학 수단과 비수직을 이루도록 θ(θ는 수직각을 제외한 나머지 각)각을 갖도록 설치되고, 등선 속도를 갖는 회절광을 수신하여 수신된 회절광에 따라 대전 되는 드럼 형태의 피주사체; 상기 광학 수단과 대향 되는 위치에 설치되어 일정 속도로 회전하면서 상기 다중 회절빔이 상기 피주사체를 향하도록 굴절 반사시키는 회전 미러; 및 상기 피주사체와 상기 회전 미러 사이에 설치되어 상기 회전 미러에 의해 굴절된 다중 회절빔을 등선속도를 갖는 회절광을 교정하여 상기 피주사체에 전송하는 교정 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도3은 본 발명에 따른 스캐닝 장치에 의한 인쇄 과정을 나타낸다.

종래의 가로 방향 또는 세로 방향 인쇄 방식과 달리 광 변조기의 1080개의 소자 어레이가 피주사체와 비수직인 θ의 각도를 이루어 스캐닝된다.

도4는 본 발명에 따른 스캐닝 장치(40)의 구성도를 나타낸다.

도4에 도시된 바와 같이, 스캐닝 장치(40)는 빔을 발생하고 이 빔을 평행광으로 변경시켜 출력하는 레이저 다이오드(44), 상기 레이저 다이오드(44)로부터 출력되는 광을 평행광으로 바꿔주는 콜리메이트 렌즈(43), 상기 평행광의 빔을 회절 및 변조시켜 다수의 회절 다중빔을 출력하는 광변조기 소자 어레이(48), 상기 광변조기 소자 어레이(48)에 의해 회절된 광 중 특정 회절광 만을 통과시키는 슬릿(47), 상기 슬릿(47)을 통과한 회절광을 회전 미러(45)로 집속시키는 투사 렌즈(46), 회절광을 수신하여 감광 드럼(41)을 향하도록 굴절시키는 회전 미러(45), 회전 미러(45)에 의해 굴절된 광을 등선속도를 갖는 광으로 교정하는 F-θ렌즈(42), 회절광을 수신하여 수신된 광에 따라 대전되는 감광 드럼(41)으로 구성된다.

도4에 도시된 스캐닝 장치의 동작은 다음과 같다. 레이저 다이오드(44)가 레이저 빔을 발생하면, 콜리메이트 렌즈(43)는 이 레이저 빔을 평행광으로 변형시켜 광변조기 소자 어레이(48)로 집속시킨다.

광변조기 소자 어레이(48)는 평행광으로 변형된 레이저 빔을 회절 및 변조시켜 1080개의 0차 및 ±1차 회절빔을 출력하고, 회절빔 중 0차 또는 ±1차광만 슬릿(47)을 통과시킨다. 이어 투사 렌즈(46)는 이 회절빔을 회전 미러(45)의 반사면에 집속시킨다. 광변조기 소자 어레이(48)는 통상적으로 1080개이나 실시예에 따라 변형될 수 있다.

이렇게 집속된 회절 다중빔은 F-θ렌즈(42)에 의해 등선속도를 갖는 광으로 교정되어 감광 드럼(41) 또는 피스캐닝 객체로 스캐닝된다.

바람직하게는, 상기 회전 미러(45)는 폴리곤 미러이다. 상기 폴리곤 미러로 회전 미러(45)를 구현하면, F-θ렌즈(42)는 상기 폴리곤 미러에서 반사된 등각속도의 회절 다중빔을 주조사 방향으로 편향시키고 수차를 보정하여 등선속도를 갖도록 감광 드럼(41) 또는 피스캐닝 객체의 조사 면상에 조사된다.

이 때, 도3에 도시된 형태로 인쇄하기 위해 광 변조 소자 어레이(48),슬릿(47) 및 투사 렌즈(46)는 기타 소자들이 놓인 평면과 비수직인 θ의 각을 이루도록 구성된다. 그에 따라, 광변조기 소자 어레이(48)와 감광 드럼(41)의 축은 비수직인 θ의 각을 갖는다.

레이저 다이오드(44), 콜리메이트 렌즈(43), 광변조기 소자 어레이(48), 슬릿(47) 및 투사 렌즈(46)는 다른 소자와 동일한 각 만큼 기울어진 것이 바람직하다.

도3에서, 피스캐닝 객체의 가로 방향 픽셀수를 10800개라 하고, 경사진 1080개의 픽셀 어레이의 세로 방향 픽셀 수, 즉 한번 스캐닝시 형성되는 세로 방향의 픽셀수를 b라 하면, 가로 방향으로 한번 스캐닝할 때 광변조기 소자 어레이가 동작하여야 하는 횟수는 다음과 같다.

가로 방향 스캐닝시 광변조기 소자 동작 횟수 = 10800/(1080/b)+b

예컨대, b가 10 픽셀이라 하면, 10800/(1080/10)+10=110이 되어 10 픽셀로 이루어지는 가로 방향의 한라인을 인쇄하는데 광변조기 소자는 110번 동작하게 된다. 광변조기 소자의 동작 속도에 따라 θ값을 조절할 수 있다.

θ값을 조절함으로써 감광 드럼(41)의 구경과 광변조기 소자의 동작속도, 폴리곤 미러의 회전속도와의 최적점을 찾음으로써 높은 해상도와 고속 스캐닝을 수행할 수 있다.

본 발명에 따른 광변조 장치에 따르면, 종래의 광변조기 및 폴리곤 미러를 사용하여 더 높은 해상도와 더 빠른 속도를 갖는 스캐닝 장치를 제공할 수 있다.

Claims (2)

1. 평행광을 발생시키고, 이를 회절 및 변조하여 다중 회절빔을 발생시키는 광학 수단;

   그 축이 상기 광학 수단과 비수직을 이루도록 θ(θ는 수직각을 제외한 나머지 각)각을 갖도록 설치되고, 등선 속도를 갖는 회절광을 수신하여 수신된 회절광에 따라 대전 되는 드럼 형태의 피주사체;

   상기 광학 수단과 대향 되는 위치에 설치되어 일정 속도로 회전하면서 상기 다중 회절빔이 상기 피주사체를 향하도록 굴절 반사시키는 회전 미러; 및

   상기 피주사체와 상기 회전 미러 사이에 설치되어 상기 회전 미러에 의해 굴절된 다중 회절빔을 등선속도를 갖는 회절광을 교정하여 상기 피주사체에 전송하는 교정 수단을 포함하는 스캐닝 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 광학 수단은,

   빔을 발생하고 이 빔을 평행광으로 변경시켜 출력하는 광발생 수단; 및

   상기 광발생 수단으로부터 출력되는 평행광의 빔을 회절 및 변조시켜 다수의 회절 다중빔을 출력하는 광변조 수단;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 장치.

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