KR101123692B1 - 광학 스캐닝 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학 스캐닝장치에 관한 것으로, 광학 스캐닝장치에서 광원으로 사용되는 레이저 다이오드를 자가 펄스 방식의 레이저 다이오드를 사용하게 하여 외부에서 들어오는 feedback 노이즈로 인한 광원의 불안정한 동작을 억제하게 되어 안정된 광 파워 및 화상 입력 정보에 의한 안정된 광 변조 신호를 출력할 수 있도록 하기 위한 것이다.

감광드럼, 노이즈, 자가펄스, 레이저다이오드

Description

광학 스캐닝 장치{Optical scanning apparatus}

도 1은 연속 발진(CW;continuous wave) 레이저 다이오드의 구조를 개략적으로 도시한 단면도,

도 2는 광학 스캐닝장치를 도시한 도면,

그리고,

도 3은 CD용 레이저 다이오드의 단면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*

110 : 레이저 다이오드 120 : 콜리메이트렌즈

130 : 조리개 140 : 실린더렌즈

152 : 폴리곤미러 160 : Fθ렌즈

180 : 감광드럼

본 발명은 광학 스캐닝장치에 관한 것으로, 특히 안정된 광 변조 신호를 출력할 수 있는 레이저 다이오드에 관한 것이다.

일반적으로 광학 스캐닝장치는, 화상정보에 대응하여 레이저 다이오드로부터 방출되는 레이저광을 감광드럼에 결상시키고, 감광드럼에 결상되는 화상정보를 종이 등의 매개체에 전사함으로써 화상이미지를 재현하는 장치이다.

이러한 광학 스캐닝장치로서 레이저 빔 프린터나 레이저 복사기 등이 있으며, 통상 광원으로는 연속 발진(CW;continuous wave) 레이저 다이오드가 사용된다.

도 1에 연속 발진(CW;continuous wave) 레이저 다이오드의 단면도가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, GaAs기판(20,50)에 AlGaAs(30,80)으로 구성된 레이저 다이오드로 n전극(10)과 p전극(70)을 통하여 전류가 인가되면 활성영역(active layer;90)에서 레이저 빛을 방출하도록 구성된다. 미설명부호 40,60은 각각 절연체이다.

상기와 같은 연속 발진(CW;continuous wave) 레이저의 경우 각 광학 부품(slit, 콜리메이터렌즈, 실린더렌즈, 그리고 폴리곤미러 등)에 의에 반사된 광 빔이 external feedback 노이즈로 작용하여 광원의 활성 영역(active layer;90)으로 들어가 광출력, 광원으로 주입되는 전류의 양에 영향을 주게 된다.

즉, 입력되는 화상 정보에 따라 광 빔이 수십 MHz 정도로 변조되고 연속 발진(CW;continuous wave)되어 레이저에서 방출되는데 이때 변조되는 과정에서 레이저는 전류 신호에 의해 On/Off를 계속하게 된다.

이때의 레이저 온시간은 수백 nS에서 수μS 정도가 되는데 광로에 위치한 slit 및 광학 부품에 의해 반사 및 산란된 광 빔이 광원으로 피드백되는 현상이 발생하게 되어 광원의 광 출력 파워 불안정이나 레이저 On/Off 시간의 불안정, scanning 시작 점(H-sync) 감지시간의 불안정 등과 같이 출력 광신호의 노이즈로 작용하게 되어 프린트 화상에 영향을 주게 되는 것이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광원 자체가 GHz 영역의 펄스를 방출하는 자가 펄스 방식(self-pulsation)의 레이저를 사용하여 외부 노이즈로 인한 광원의 광 출력 특성의 변화 및 On/Off 시간의 지연 등으로 인한 scanning 화상불안정의 문제를 제거하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 광학 스캐닝장치는 인쇄할 화상정보에 대응하여 변조된 레이저 광을 방출하는 자가펄스 방식의 레이저 다이오드, 상기 레이저다이오드에서 방출되는 레이저광을 수평방향으로 등선속도로 이동시켜 스캐닝하는 폴리곤미러, 광축에 대해 일정한 굴절율을 가지며 상기 폴리곤미러에서 반사된 등선속도의 광을 주스캐닝 방향으로 편광시키고 수차를 보정하여 스캐닝면상에 초점을 맞추는 Fθ렌즈 및 상기 Fθ렌즈를 통과한 레이저광에 의하여 화상을 결상하는 감광드럼을 포함하여 구성된다.

상기 레이저 다이오드는 직류의 입력 전류에 대해서 레이저 내부의 전하 분포, 광이득 분포 및 굴절률 분포의 시간적인 변화에 의해 GHz 대의 펄스를 방출하도록 구성된다.

또한, 상기 레이저 다이오드는 활성영역(active layer)위에 전류차단층(current blocking layer)을 구성하여 주로 780nm의 파장대를 형성하는 자가 펄스 방식의 레이저 다이오드나 활성영역위에 포화흡수층(saturable absorbing layer)을 구성하여 650, 405nm의 파장대를 형성하는 자가 펄스 방식의 레이저 다이오드로 구성하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 폴리곤미러는 다각형 미러로 구성되며 한 반사면에 의해 상기 레이저 광을 반사하도록 하는 것이 더욱 바람직하다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 자가 펄스 방식(self-pulsation)의 레이저를 이용한 광학 스캐닝 장치를 도시한 도면이다.

레이저광을 방출시키는 자가 펄스 방식의 레이저 다이오드(110), 레이저다이오드(110)에서 방출되는 레이저광을 광축에 대해 평행광으로 만들어 주는 콜리메이터렌즈(collimator lens;120), 콜리메이터렌즈(120)를 통과한 레이저광은 조리개(130)에 의해 조절되어 부주사 방향으로 굴절능을 가진 실린더렌즈(140)에 입사된다. 광빔을 수평방향으로 등선속도로 이동시켜 스캐닝하는 폴리곤미러(polygon mirror;152), 폴리곤미러(152)를 등선속도로 회전시키는 구동 모터(150), 광축에 대해 일정한 굴절율을 가지며 폴리곤미러(152)에서 반사된 등선속도의 광을 주스캐닝 방향으로 편광시키고 수차를 보정하여 스캐닝면상에 초점을 맞추는 Fθ렌즈(160), Fθ렌즈(160)를 통과한 레이저광을 소정의 방향으로 반사시켜 결상면인 감광드럼(180)의 상에 화상을 결상시키는 결상용 반사미러(170)로 구성되고 하나의 프레임 위에 조립되어 스캐닝 장치를 구성한다.

이하, 도 3을 참고하여 자가 펄스 방식의 레이저 다이오드의 구조에 대하여 설명한다.

도 3은 CD용 레이저 다이오드의 단면도로서, 기존의 연속 발진(CW)의 buried heterostructure형태의 index-guided 레이저에서 광 픽업 장치에서 external feedback에 의한 노이즈를 없애기 위해 사용되는 ridge wave guide 형태의 구조에서 n,p-GaAs기판(111,117)에 n,p-AlGaAs층(112,116)을 형성하고 활성 영역(active layer;113)위에 전류차단층(current blocking layer)(115)로 구성되어 주로 780nm 파장대의 시디-롬(CD-ROM)용 픽업(Pickup)에 사용되는 레이저 다이오드이다.

이러한, 자가 펄스 방식의 레이저 다이오드의 동작은 외부 RF 구동회로에 의한 전류 변조에 의한 것이 아니고 직류의 입력 전류에 대해서 레이저 내부의 전하 분포, 광이득 분포 및 굴절률 분포의 시간적인 변화에 의해 GHz 대의 자발적인 펄스방출로 이루어진다. 따라서 연속적인 입력 화상정보에 따라 수십 MHz로 변조되는 광원의 광 출력 특성은 광원 자체의 자발 펄스에 의해 영향을 받지 않는다. 출력된 광 빔이 광원 외부의 광 부품에 의해 반사되어 들어오는 external feedback의 경우 광원에서 나오는 광 빔이 아주 짧은 펄스의 경우 광의 결맞음(coherence)이 없기 때문에 노이즈로 작용하지 않게 되어 화상정보를 안정화된 광 빔으로 방출하여 안정된 화상을 감광드럼 표면에 scanning 할 수 있게 해주는 것이다.

상기와 같은 구성을 갖는 광학 스캐닝장치의 동작은 다음과 같다.

먼저, 프린터하고자 하는 화상신호를 광원제어장치(미도시)에 의해 레이저 다이오드(110)로 인가하면 레이저 다이오드(110)는 화상신호에 따라 온/오프 된다.

레이저 다이오드(110)에서 방출되고 실린더렌즈(140)에 입사하는 평행 빔의 일부는 폴리곤미러(152)의 표면에서 평행 광빔 상태로 나타난다. 주주사 면에 수직한 부주사 면에서, 빔은 다각형 미러로 이루어진 폴리곤미러(152)의 한 반사면(154)에 의해 선형 이미지로 focusing 된다. 그리고 한 반사면(154)에서 편향되고 반사된 광 빔은 비대칭, 비구면 lens로 구성된 Fθ렌즈(160)를 통하여 결상용 반사미러(170)에 의하여 감광드럼(180) 표면에 입사된다.

즉, Fθ렌즈(160)가 구동 모터(150)에 의해 화살표 방향으로 회전하는 폴리곤미러(152)에 의해 편향되고 일정한 각 속도를 가지고 scanning 되는 광 빔을 감광드럼(180) 표면에 light spot이 일정한 속도로 scanning 되게 하는 것이다.

상기에서와 같이 자가 펄스 방식의 레이저 다이오드는 직류 입력에 1~2GHz의 짧은 펄스를 사용함으로써 외부에서 광원부로 들어오는 feedback 노이즈를 억제할 할 수 있는 것이다. 따라서 광원부의 광 출력 안정화와 동기 검출시간의 안정화 등의 화상 신호 처리에 안정화를 가져오게 된다.

또한, 본 발명에서는 CD용의 780nm 자가 펄스 방식의 레이저 다이오드로 구성한 것을 설명하였으나, 활성영역위에 포화흡수층(saturable absorbing layer)를 두는 DVD용의 650, 405nm 자가 펄스 방식의 레이저 다이오드를 사용하여 구성할 수도 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.

상기에서와 같이 본 발명에 따른 자가 펄스 방식을 이용한 광학 스캐닝 장치에 의하면, 1~2 GHz로 동작하는 self-pulsation 레이저의 경우 화상 입력 정보에 의한 레이저 On 시간에도 계속해서 아주 짧은 펄스로 동작하기 때문에 외부에서 들어오는 feedback 노이즈로 인한 광원의 불안정한 동작을 억제하게 되어 안정된 광 파워 및 화상 입력 정보에 의한 안정된 광 변조 신호를 출력할 수 있기 때문에 감광드럼에 안정된 화상정보를 기록할 수 있는 것이다.

Claims (5)

1. 인쇄할 화상정보에 대응하여 변조된 레이저 광을 방출하는 자가펄스 방식의 레이저 다이오드;

   상기 레이저다이오드에서 방출되는 레이저광을 수평방향으로 등선속도로 이동시켜 스캐닝하는 폴리곤미러;

   광축에 대해 일정한 굴절율을 가지며 상기 폴리곤미러에서 반사된 등선속도의 광을 주스캐닝 방향으로 편광시키고 수차를 보정하여 스캐닝면상에 초점을 맞추는 Fθ렌즈; 및

   상기 Fθ렌즈를 통과한 레이저광에 의하여 화상을 결상하는 감광드럼;을 포함하며,

   상기 레이저 다이오드는, 활성영역위에 전류차단층(current blocking layer) 또는 포화흡수층(saturable absorbing layer)을 구성하여 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 스캐닝장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 레이저 다이오드는

   직류의 입력 전류에 대해서 레이저 내부의 전하 분포, 광이득 분포 및 굴절률 분포의 시간적인 변화에 의해 GHz 대의 펄스를 방출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 광학 스캐닝장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 레이저 다이오드는

   상기 활성영역(active layer)위에 상기 전류차단층(current blocking layer)을 구성하여 형성된 경우, 780nm의 파장대를 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 스캐닝장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 레이저 다이오드는

   상기 활성영역위에 상기 포화흡수층(saturable absorbing layer)을 구성하여 형성된 경우, 650, 405nm의 파장대를 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 스캐닝장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 폴리곤미러는

   다각형 미러로 구성되며 한 반사면에 의해 상기 레이저 광을 반사하도록 하는 것을 특징으로 하는 광학 스캐닝장치.

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