KR101884397B1 - 광 주사 장치 및 이를 채용한 전자 사진 방식의 화상 형성 장치 - Google Patents

광 주사 장치 및 이를 채용한 전자 사진 방식의 화상 형성 장치 Download PDF

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Abstract

광 주사 장치 및 이를 채용한 전자 사진 방식의 화상 형성 장치가 개시된다. 개시된 광 주사 장치는 화상신호에 따라 광빔을 출사하는 광원과, 광원에서 출사된 광빔의 광속을 제한하는 광속제한소자를 구비한 입사 광학계와, 광원에서 출사된 광빔을 주주사 방향으로 편향하여 주사하는 광 편향기와, 광 편향기에서 편향 주사되는 광빔을 피주사면에 결상시키는 하나 혹은 복수의 주사 광학소자를 구비한 결상 광학계를 포함하며, 결상 광학계의 하나 혹은 복수의 주사 광학소자 중에서 적어도 하나의 주사 광학소자는 결상 광학계의 중심 광축으로부터 부주사 방향으로 편심 배치되며, 광속제한소자는 결상 광학계에서 편심 배치되는 주사 광학소자에 의해 발생되는 빔스폿경의 열화를 상쇄시키도록 입사 광학계의 중심 광축으로부터 부주사 방향으로 편심 배치된다.

Description

광 주사 장치 및 이를 채용한 전자 사진 방식의 화상 형성 장치{Laser scanning unit and image forming apparatus employing the same}
본 개시는 광 주사 장치 및 이를 채용한 전자 사진 방식의 화상 형성 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 결상 광학계에서의 다중 반사광선 문제를 개선한 광 주사 장치 및 이를 채용한 전자 사진 방식의 화상 형성 장치에 관한 것이다.
레이저 프린터나 디지털 복사기, MFP(다기능 프린터) 등과 같은 전자 사진 방식의 화상 형성 장치는 광 주사 장치를 통해 감광체에 광을 주사(scanning)함으로써 정전잠상을 형성하며, 형성된 정전잠상은 토너와 같은 현상제를 이용하여 현상화상으로 현상되고, 현상화상은 인쇄매체 상에 전사되는 구조를 지닌다.
화상 형성 장치에 채용되는 광 주사 장치는 회전 다면경이나 진동 미러과 같은 광 편향기를 이용하여 광빔을 주주사 방향으로 주사하는 것으로서, 광 편향기에 광빔을 입사시키기 위한 입사 광학계와, 광 편향기에서 편향 주사되는 광빔을 피주사면(즉, 감광체)에 결상시키는 결상 광학계를 구비한다. 그런데, 입사 광학계의 부주사방향 광축과 결상 광학계의 부주사방향 광축이 동일한 경우, 결상 광학계의 주사 광학소자(소위 fθ 특성을 성립하는 소자)의 입사면과 출사면 사이에서 발생되는 다중 반사광선이 피주사면의 유효 화상영역에 주사되어 화상의 농도 균일도를 저해하는 문제가 발생될 수 있다. 종래에 이러한 문제를 해결하기 위하여 결상 광학계의 주사 광학소자의 입출사면에 무반사 코팅층을 형성하여 면간 반사가 발생하는 것을 최대한 억제하도록 하거나, 주사 광학소자의 광축이 입사 광학계의 광축으로부터 편심되도록 이격 배치하여 다중 반사광선을 정상 주사광선의 유효 화상영역으로부터 회피하도록 하였다.
결상 광학계에서의 다중 반사광선 문제를 해결하기 위하여 주사 광학소자의 입출사면에 무반사 코팅층을 형성하는 경우에는 광 주사 장치를 저비용으로 구현하는데 제약이 있으며, 주사 광학소자의 광축을 입사 광학계의 광축으로부터 편심이 되도록 배치하는 경우에는 정상 결상 광선의 결상특성이 저하되어 결상면에서의 빔스폿경이 커지고 유효 화상영역 내에서의 빔스폿경 편차가 커지는 문제가 발생하게 되는 문제가 있는바, 본 발명은 이러한 문제들을 해결할 수 있는 광 주사 장치 및 이를 채용한 전자 사진 방식의 화상 형성 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 한 측면에 따르는 광 주사 장치는 피주사면에 광빔을 주사하는 장치로서, 화상신호에 따라 광빔을 출사하는 광원; 상기 광원에서 출사된 광빔의 광속을 제한하는 광속제한소자를 구비한 입사 광학계; 상기 광원에서 출사된 광빔을 주주사 방향으로 편향하여 주사하는 광 편향기; 및 상기 광 편향기에서 편향 주사되는 광빔을 상기 피주사면에 결상시키는 하나 혹은 복수의 주사 광학소자를 구비한 결상 광학계;를 포함하며, 상기 결상 광학계의 하나 혹은 복수의 주사 광학소자 중에서 적어도 하나의 주사 광학소자는 상기 결상 광학계의 중심 광축으로부터 부주사 방향으로 편심 배치되며, 상기 광속제한소자는 상기 결상 광학계에서 편심 배치되는 주사 광학소자에 의해 발생되는 빔스폿경의 열화를 상쇄시키도록 상기 입사 광학계의 중심 광축으로부터 부주사 방향으로 편심 배치된다.
상기 광속제한소자의 편심 방향은 상기 결상 광학계에서 편심 배치되는 주사 광학소자의 편심 방향과 반대일 수 있다.
상기 결상 광학계에서 편심 배치되는 주사 광학소자는 상기 결상 광학계의 하나 혹은 복수의 주사 광학소자 중에서 상기 피주사면에 최인접한 주사 광학소자일 수 있다.
상기 광속제한소자의 부주사 방향의 편심량 XS과 상기 결상 광학계에서 편심 배치되는 주사 광학소자의 부주사 방향으로의 편심량 XL은
Figure 112012086924231-pat00001
를 만족하도록 배치될 수 있다.
다른 관점에서 보았을 때, 상기 광속제한소자는 상기 광 편향기에 입사되는 광빔의 입사각 θ가
Figure 112012086924231-pat00002
을 만족하도록 배치될 수도 있다.
상기 입사 광학계는 상기 광원에서 출사한 광빔을 평행광 혹은 수렴광을 집속시키는 콜리메이팅 렌즈와, 상기 콜리메이텅 렌즈를 경유한 광빔을 상기 광 편향기의 편향면에 부주사 방향으로 집속시키는 실린드리컬 렌즈를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 광속제한소자는 상기 광원과 상기 콜리메이팅 렌즈 사이, 상기 콜리메이팅 렌즈와 상기 실린드리컬 렌즈의 사이, 상기 실린드리컬 렌즈와 상기 광 편향기의 사이 중 어느 하나의 위치에 배치될 수 있다.
상기 결상 광학계는 상기 광 편향기에 인접하며 부주사 방향의 굴절력이 실질적으로 0인 제1 주사 광학소자와, 상기 제1 주사 광학소자를 경유한 광빔을 피주사면에 결상시키며 상기 결상 광학계에서 필요로 하는 부주사 방향의 굴절력을 실질적으로 갖는 제2 주사 광학소자를 포함하며, 상기 결상 광학계에서 편심 배치되는 주사 광학소자는 상기 제2 주사 광학소자일 수 있다.
상기 하나 혹은 복수의 주사 광학소자는 상기 광 편향기에서 편향 주사되는 광빔을 상기 피주사면에 등속으로 결상시키는 fθ특성을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르는 광 주사 장치는 피주사면에 광빔을 주사하는 장치로서, 화상신호에 따라 광빔을 출사하는 광원; 상기 광원에서 출사한 광빔을 평행광 혹은 수렴광을 집속시키는 콜리메이팅 렌즈; 상기 콜리메이텅 렌즈를 경유한 광빔을 상기 광 편향기의 편향면에 부주사 방향으로 집속시키는 실린드리컬 렌즈; 상기 광원에서 출사된 광빔을 주주사 방향으로 편향하여 주사하는 광 편향기; 상기 광원과 상기 콜리메이팅 렌즈 사이, 상기 콜리메이팅 렌즈와 상기 실린드리컬 렌즈의 사이, 상기 실린드리컬 렌즈와 상기 광 편향기의 사이 중 어느 하나의 위치에 배치되며, 상기 광원에서 출사된 광빔의 광속을 제한하는 광속제한소자; 및 상기 광 편향기에서 편향 주사되는 광빔을 상기 피주사면에 결상시키는 하나 혹은 복수의 주사 광학소자;를 포함하며, 상기 하나 혹은 복수의 주사 광학소자 중에서 상기 피주사면에 최인접한 주사 광학소자는 상기 광 주사 장치의 광학계의 중심 광축으로부터 부주사 방향으로 편심 배치되며, 상기 광속제한소자는 상기 입사 광학계의 중심 광축으로부터 상기 결상 광학계에서 편심 배치되는 주사 광학소자의 편심 방향과 반대의 부주사 방향으로 편심 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르는 전자 사진 방식의 화상 형성 장치는, 상담지체; 상기 상담지체의 피주사면에 광을 주사하여 정전잠상을 형성하는 광 주사 장치; 상기 상담지체에 형성된 정전잠상에 토너를 공급하여 현상시키는 현상 장치;를 포함하며, 이때 광 주사 장치는 장치는 피주사면에 광빔을 주사하는 장치로서, 화상신호에 따라 광빔을 출사하는 광원; 상기 광원에서 출사된 광빔의 광속을 제한하는 광속제한소자를 구비한 입사 광학계; 상기 광원에서 출사된 광빔을 주주사 방향으로 편향하여 주사하는 광 편향기; 및 상기 광 편향기에서 편향 주사되는 광빔을 상기 피주사면에 결상시키는 하나 혹은 복수의 주사 광학소자를 구비한 결상 광학계;를 포함하며, 상기 결상 광학계의 하나 혹은 복수의 주사 광학소자 중에서 적어도 하나의 주사 광학소자는 상기 결상 광학계의 중심 광축으로부터 부주사 방향으로 편심 배치되며, 상기 광속제한소자는 상기 결상 광학계에서 편심 배치되는 주사 광학소자에 의해 발생되는 빔스폿경의 열화를 상쇄시키도록 상기 입사 광학계의 중심 광축으로부터 부주사 방향으로 편심 배치된다.
개시된 실시예들에 의한 광 주사 장치 및 이를 채용한 전자 사진 방식의 화상 형성 장치는 광 주사 장치의 비용 증가를 초래하지 않고, 화상품질의 열화없이 주사 광학소자 입출사 면간 다중반사광을 유효 화상영역으로부터 회피할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 주사 장치의 광학적 구성을 주주사 단면에 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1의 광 주사 장치의 광학적 구성을 부주사 단면에서 개략적으로 도시한다.
도 3은 도 2의 광 주사 장치에서 다중 반사광속의 광경로를 개략적으로 도시한다.
도 4는 비교예의 광 주사 장치에서 다중 반사광속의 광경로를 개략적으로 도시한다.
도 5 내지 도 7은 일 실시예에 따른 광 주사 장치에서의 빔스폿경 특성을 도시한다.
도 8 내지 도 10은 비교예에 따른 광 주사 장치에서의 빔스폿경 특성을 도시한다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 주사 장치를 채용한 전자 사진 방식의 화상 형성 장치의 개략적 구성을 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 주사 장치의 광학적 구성을 주주사 단면에 개략적으로 도시하며, 도 2는 본 실시예의 광 주사 장치의 광학적 구성을 부주사 단면에서 개략적으로 도시한다. 도 2는 광경로를 간략하게 하기 위하여 광 편향기(150)에 의해 편향 반사되는 것을 무시하였다.
본 명세서에서 주주사 방향이라 함은, 도 1을 참조하면, 광빔(L)이 광 편향기(150)의 회전(159)에 의해 편향되어 주사되는 방향으로 정의된다. 피주사면(180) 상에 결상되는 빔스폿의 진행 방향이 주주사 방향으로 이해될 수 있다. 또한, 주주사 단면이라 함은 광빔(L)이 광 편향기(150)의 회전(159)에 의해 편향되어 주사될 때 광빔(L)이 놓여지는 면을 의미한다. 광빔(L)에 대한 주주사 단면은 광빔(L)의 진행 방향과 주주사 방향에 대해 동시에 평행하며, 광 편향기(150)의 회전축에 직교한다. 부주사 방향이라 함은 주주사 단면의 법선 방향으로서 후술하는 바와 같이 감광드럼들(도 12의 210)의 회전에 의해 감광드럼들(도 12의 210)의 외주면(즉, 피주사면(180))이 이동하는 방향에 상응한다. 즉, 부주사 방향은 광빔(L)의 진행방향과 주주사 방향에 동시에 수직한 방향이다. 한편, 부주사 단면은 주주사 방향에 직교하는 평면으로, 광빔(L)의 진행방향과 부주사 방향에 동시에 평행하다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예의 광 주사 장치(100)는 화상정보에 대응되는 화상신호에 따라 변조되는 광빔(L)을 출사하는 광원(110)을 포함한다. 광원(110)으로 레이저 다이오드가 채용될 수 있다.
광원(110)에서 출사된 광빔(L)은 광 편향기(150)에 의해 편향되어 주사된다. 광 편향기(150)는 예를 들어 회전축을 중심으로 회전하는 복수의 반사면, 즉 편향면(151)을 가지는 회전 다면경일 수 있다. 광 편향기(150)는 다른 예로 멤스(Microelectromechanical Systems; MEMS) 미러일 수도 있다.
광원(110)과 광 편향기(150) 사이의 광경로 상에는 입사 광학계가 마련된다. 입사 광학계는 광빔(L)의 콜리메이팅 렌즈(120), 광속제한소자(130) 및 실린드리컬 렌즈(140)를 포함할 수 있다.
콜리메이팅 렌즈(120)는 광원(110)에서 출사된 광빔(L)을 평행광 혹은 수렴광으로 만들어 주는 집광 렌즈이다.
광속제한소자(130)는 광빔(L)의 광속 단면(즉, 직경과 형상)을 제한하여 소정의 빔경을 갖도록 하는 소자로서, 개구를 갖는 슬릿일 수 있다. 광속제한소자(130)는, 도 2에 도시되듯이, 그 개구 중심이 광 주사 장치(100)의 중심 광축(C)에 대해 부주사 방향으로 Xs만큼 편향되게 배치될 수 있다.
광속제한소자(130)를 고려하지 않은 상태에서, 콜리메이팅 렌즈(120)의 광축과 실린드리컬 렌즈(140)의 광축이 광원(110)에서 출사되는 광빔(L)의 중심 광선과 일치하도록 정렬되며, 이때 정렬된 광축은 광 주사 장치(100)의 중심 광축(C)이 된다. 광 주사 장치(100)의 중심 광축(C)은 광 편향기(150)의 회전축에 수직하게 한다. 즉, 광속제한소자(130)가 편심되지 않거나 생략된 상태에서의 광빔(L)은 편향기(150)의 편향면(151)에, 부주사 단면에서 보았을 때, 수직으로 입사된다. 그런데, 광속제한소자(130)가 중심 광축(C)에 대해 부주사 방향으로 Xs만큼 편향되게 배치됨에 따라, 광속제한소자(130)의 개구 중심을 지나는 광빔(L)은, 부주사 단면에서 보았을 때, 실린드리컬 렌즈(140)의 정점에서 벗어난 위치에 입사하게 되고, 이에 따라, 광속제한소자(130)의 개구 중심을 지나는 광빔이, 실린드리컬 렌즈(140)을 거쳐 광 편향기(150)의 편향면(151)에 소정 각도를 가지고 경사 입사하게 된다. 이때, 광속제한소자(130)의 부주사 방향으로의 편심량 XS은 후술하는 바와 같이 결상 광학계를 편심 배치함에 따라 발생되는 빔경 편차나 상면만곡 특성의 열화를 상쇄시키는 범위에서 결정될 수 있다. 구체적으로, 광속제한소자(130)의 부주사 방향으로의 편심량 XS은 광 편향기(150)의 편향면(151)에 입사되는 광빔이 하기의 수학식 1을 만족하도록 결정될 수 있다.
Figure 112012086924231-pat00003
여기서, θ는 광 편향기(150)의 편향면(151)에 입사되는 광빔의 입사각(deg)을 의미한다.
나아가, 광속제한소자(130)의 부주사 방향으로의 편심량 XS은 입사 광학계의 광학소자들의 광학적 특성이나 배치뿐만 아니라, 결상 광학계의 광학소자들의 광학적 특성이나 배치에 따라 달라질 수 있으며, 후술하는 바와 같이 제2 주사 광학소자(170)의 부주사 방향으로의 편심량 XL과 소정의 관계를 만족하도록 결정될 수 있다. 일 예로, 광속제한소자(130)의 부주사 방향으로의 편심량 XS은 0.2mm 내지 1.2mm의 범위내에 있을 수 있다.
실린드리컬 렌즈(140)는 광빔(L)을 부주사방향에 대응되는 방향으로 집속시킴으로써, 광 편향기(150)의 편향면(151)에 광빔(L)을 거의 선형으로 결상시키는 아나모픽 렌즈(anamorphic lens)이다.
광 편향기(150)와 피주사면(180) 사이의 광경로 상에는 결상 광학계가 마련된다. 결상 광학계는 광 편향기(150)에서 편향 주사되는 광빔(L)을 피주사면(180)에 결상시킨다. 이러한 결상 광학계는 광빔(L)이 피주사면(180)에 등속 주사되도록 보정하는 fθ 특성을 갖는 하나 혹은 복수의 원환체 렌즈들로 이루어질 수 있다.
일 예로, 결상 광학계는 제1 주사 광학소자(160)와 제2 주사 광학소자(170)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 주사 광학소자(160)는 주주사방향으로 정의 굴절력(power)를 갖고, 부주사 방향으로 거의 영(0)의 굴절력을 갖도록 설계되며, 제2 주사 광학소자(170)는 결상 광학계에서 요구되는 부주사 방향의 굴절력을 대부분을 갖도록 설계될 수 있다.
제2 주사 광학소자(170)를 통과하는 정상 광선은 피주사면(180)에 결상되어 화상을 형성하게 되는데, 제2 주사 광학소자(170)가 결상 광학계에서 피주사면(180)에 최인접한 광학소자이므로, 제2 주사 광학소자(170) 내부에서 반사되는 광선(이하, 다중 반사광선)에 의해 피주사면(180) 상에 형성되는 고스트(ghost)는 다른 광학소자에서 발생되는 다중 반사광선에 의해 발생되는 고스트보다 화질에 큰 영향을 끼지 된다. 이에, 제2 주사 광학소자(170)는 입출사면의 정점(중심점)이 결상 광학계의 중심 광축(C)에 대해 부주사 방향(도 3의 B 방향)으로 편심되도록 배치된다.
제2 주사 광학소자(170)의 부주사 방향으로의 편심량 XL은 제2 주사 광학소자(170)의 입출사면 사이의 간격(도 2의 d4), 제2 주사 광학소자(170)의 입출사면의 굴절력, 및 제2 주사 광학소자(170)과 피주사면(180) 사이의 거리(도 2의 d5)에 따라 달라질 수 있다. 이러한 제2 주사 광학소자(170)의 부주사 방향으로의 편심량 XL은, 일 예로, 광 주사 장치(100)의 제2 주사 광학소자(170)를 제외한 나머지 광학소자들을 중심 광축(C)에 배치시킨 상태에서 다중 반사광선에 의한 고스트가 정상 광선에 의한 유효 화상영역을 벗어날 때까지 제2 주사 광학소자(170)를 점차 편심시키면서 실험적으로 구할 수 있다.
한편, 결상 광학계의 제2 주사 광학소자(170)를 편심 배치함에 따라 빔경 편차나 상면만곡 특성의 열화가 발생될 수 있는바, 이를 상쇄시키기 위하여 광속제한소자(130)를 제2 주사 광학소자(170)의 부주사 방향으로의 편심 방향(B)의 반대 방향으로 편심 배치시킨다. 나아가, 제2 주사 광학소자(170)의 부주사 방향으로의 편심량 XL이 결정되었을 때, 광속제한소자(130)의 부주사 방향으로의 편심량 XS에 대한 제2 주사 광학소자(170)의 부주사 방향으로의 편심량 XL의 비, 즉 편심비 XL/XS는 하기의 수학식 2를 만족시키도록 결정될 수 있다.
Figure 112012086924231-pat00004
상기 수학식 2에서 음의 부호는 제2 주사 광학소자(170)의 부주사 방향으로의 편심 방향(B)과 광속제한소자(130)의 부주사 방향으로의 편심 방향(A)이 서로 반대 방향임을 의미한다.
후술하는 바와 같이, 광속제한소자(130)를 제2 주사 광학소자(170)와 함께 편심 배치시킴으로써, 다중 반사광선에 의한 화질 저하를 방지할 뿐만 아니라 제2 주사 광학소자(170)의 편심 배치에 의한 화질 저하 역시 방지할 수 있다.
이와 같은 제2 주사 광학소자(170)의 편심 배치에 의해 제2 주사 광학소자(170) 내에서 발생되는 다중 반사광선에 의해 고스트를 억제시킬 수 있다.
결상 광학계 내부 혹은 결상 광학계와 피주사면(1780) 사이에는 광경로를 적절하게 변경할 수 있는 반사미러(미도시)가 더 개재될 수 있다.
다음으로, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 실시예 및 비교예에서의 광 주사 장치의 동작을 설명하기로 한다.
도 3은 본 실시예의 광 주사 장치(100)에서 제2 주사 광학소자(170)와 제2 주사 광학소자(170)의 편심 배치에 따른 정상 광선과 제2 주사 광학소자(170)에서의 다중 반사광선을 도시한다.
광원(110)에서 출사된 광빔(L)은 콜리메이팅 렌즈(120)에서 평향광으로 집속되고, 부주사 방향(A 방향)으로 편심 배치된 광속제한소자(130)를 통과하면서 광속제한소자(130)의 개구 형상에 의해 광속 단면이 정형된다. 광속제한소자(130)를 통과한 광빔(L)은 실린드리컬 렌즈(140)를 거쳐 광 편향기(150)의 편향면(151)에 부주사 방향으로 집속된다. 광 편향기(150)에 입사된 광빔(L)은 광 편향기(150)의 편향면(151)에 의해 편향 주사되어 제1 주사 광학소자(160) 및 부주사 방향(B 방향)으로 편심 배치된 제2 주사 광학소자(170)를 거쳐 피주사면(180)에 결상된다.
이때, 광속제한소자(130)가 부주사 방향(A 방향)으로 편심 배치됨에 따라, 실린드리컬 렌즈(140)에 입사되는 광빔(L)은 실린드리컬 렌즈(140)의 정점에서 벗어난 위치로 입사되며, 이에 따라 부주사 단면에서 보았을 때 광 편향기(150)의 편향면(151)에 경사입사하게 되며, 제1 주사 광학소자(160)를 거쳐 제2 주사 광학소자(170)에 경사지게 입사된다. 광원(110)에서 출사되는 광빔(L)의 중심선과, 입사 광학계의 콜리메이팅 렌즈(120)의 광축과 실린드리컬 렌즈(140)의 광축은 중심 광축에 평행하게 배치된 광학계를 기준으로 설계되었지만, 광속제한소자(130)의 편심 배치에 의해 마치 경사 광학계처럼 구성된다.
이와 같이 광빔(L)이 제2 주사 광학소자(170)에 경사 입사됨에 따라, 제2 주사 광학소자(170)가 및 부주사 방향(B 방향)으로 편심 배치됨에 따라 커지게 되는 빔스폿경의 편차나 상면만곡을 억제할 수 있게 된다.
한편, 제2 주사 광학소자(170)가 및 부주사 방향(B 방향)으로 편심 배치됨에 따라 제2 주사 광학소자(170) 내에서 발생되는 다중 반사광선에 의한 고스트는 정상 광선에 의한 유효화상영역에서 벗어나게 되어, 다중 반사광선에 화질 저하를 방지할 수 있게 된다.
다음으로, 본 실시예의 광 주사 장치(100)의 구체적인 설계 데이터를 가지고 광속제한소자 및 제2 주사 광학소자의 편심량에 대해 설명하기로 한다.
먼저 본 실시예의 광 주사 장치(100)의 결상 광학계(실질적으로 제2 주사 광학소자)의 부주사 배율이 상대적으로 낮은 경우에 대해 표 1 내지 표 3 및 도 5 내지 도 9를 참조하여 설명하기로 한다.
표 1은 본 실시예의 광 주사 장치(100)의 전체 광학계의 기본적인 배치(layout)를 나타낸다.
광 주사 장치의 구성
fθ 계수(mm/rad)
fθ계수 k 228
유효주사폭 W 310
파장, 굴절율
사용 파장 λ(nm) 780
제1주사 광학소자의 굴절율 n1 1.53
제2주사 광학소자의 굴절율 n2 1.53
결상 광학계 배치 (mm)
광 편향기의 편향면 ~ 제1주사 광학소자 입사면 d1 52.2
제1 주사 광학소자 입사면 ~ 제1 주사 광학소자 출사면 d2 12.5
제1 주사 광학소자 출사면 ~ 제2 주사 광학소자 입사면 d3 122.5
제2 주사 광학소자 입사면 ~ 제2 주사 광학소자 출사면 d4 7.5
제2 주사 광학소자 출사면 ~ 피주사면 d5 110.5
상기 표 1에서 유효주사폭 W은 도 1에 표시되어 있으며, 결상 광학계의 배치 거리 d1, d2, d3, d4 및 d5는 도 2에 표시된 바와 같다.
한편, 1차 주사 광학소자(160ab, 160cd) 및 2차 주사 광학소자(170a, 170b, 170c, 170d) 각각의 입사/출사면의 비구면 형상은 다음의 수학식 3으로 표현될 수 있다.
Figure 112012086924231-pat00005
여기서, z는 주사 광학소자의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리를, x는 광축에 대해 수직한 방향으로의 거리를, y는 주사 광학소자의 정점으로부터 주주사 방향으로의 거리를, K는 코닉 상수(conic constant)를, An는 주주사 방향의 비구면 계수를, Bn은 부주사 방향의 비구면 계수를 각각 나타낸다. 또한, C1은 주주사방향의 곡률반경 R의 역수를, C2는 부주사방향의 방향의 곡률 반경 r의 역수를 나타낸다. 결상 광학계(실질적으로 제2 주사 광학소자)의 부주사 배율이 상대적으로 작은 경우에 있어서, 수학식 3으로 표시되는 비구면식에서 계수들의 값은 다음의 표 2에서 주어진다. 표 2에서 주어지지 않은 계수들은 영(0)으로 간주된다.
　 주주사 형상[mm] 부주사 형상 　 주주사 형상 부주사 형상[mm]
제
1
렌
즈
입
사
면		 광
원
측		 R -1.814E+02 r 0 제
2
렌
즈
입
사
면		 광
원
측		 R -1.206E+03 r -1.122E+02
A3 -2.558E-06 B3 0 A3 -1.170E-07 B3 -3.295E-07
A4 4.455E-07 B4 0 A4 3.549E-08 B4 2.132E-09
A5 1.025E-21 B5 0 A5 1.928E-23 B5 9.951E-11
A6 -7.004E-11 B6 0 A6 -2.939E-12 B6 -6.969E-13
A7 -1.550E-28 B7 0 A7 7.422E-31 B7 -3.581E-15
A8 3.436E-15 B8 0 A8 1.645E-16 B8 3.728E-16
A9 2.591E-45 B9 0 A9 1.295E-42 B9 -3.279E-17
A10 -4.252E-30 B10 0 A10 -2.248E-21 B10 4.357E-21
반
광
원
측		 R -1.814E+02 r 0 반
광
원
측		 R -1.206E+03 r -1.122E+02
A3 1.037E-06 B3 0 A3 -4.002E-08 B3 -1.851E-06
A4 3.639E-07 B4 0 A4 2.700E-08 B4 -5.585E-07
A5 -3.657E-23 B5 0 A5 7.573E-24 B5 1.775E-08
A6 -8.629E-11 B6 0 A6 -1.490E-12 B6 -6.571E-11
A7 1.255E-28 B7 0 A7 8.437E-31 B7 -6.102E-13
A8 4.839E-15 B8 0 A8 3.956E-17 B8 3.786E-17
A9 2.609E-45 B9 0 A9 1.304E-42 B9 -5.792E-18
A10 -2.192E-31 B10 0 A10 -2.073E-22 B10 2.621E-21
제
1
렌
즈
출
사
면		 광
원
측		 R -7.473E+01 r 0 제
2
렌
즈
출
사
면		 광
원
측		 R -4.841E+03 r -2.770E+01
A3 -1.957E-06 B3 0 A3 -5.151E-08 B3 -2.601E-06
A4 4.328E-07 B4 0 A4 -5.520E-08 B4 7.262E-08
A5 1.191E-21 B5 0 A5 1.358E-10 B5 -5.748E-10
A6 2.952E-11 B6 0 A6 8.614E-13 B6 -4.800E-12
A7 1.850E-30 B7 0 A7 -1.708E-14 B7 1.063E-13
A8 -3.506E-15 B8 0 A8 1.233E-16 B8 -2.264E-17
A9 6.479E-46 B9 0 A9 -1.539E-33 B9 -9.783E-18
A10 -1.919E-30 B10 0 A10 1.645E-30 B10 5.120E-20
반
광
원
측		 R -7.473E+01 r 0 반
광
원
측		 R -4.841E+03 r -2.770E+01
A3 9.762E-07 B3 0 A3 -4.627E-09 B3 -2.557E-06
A4 3.840E-07 B4 0 A4 -6.977E-08 B4 7.138E-08
A5 -1.456E-24 B5 0 A5 3.381E-10 B5 -7.838E-10
A6 1.784E-11 B6 0 A6 2.580E-13 B6 3.787E-13
A7 4.423E-29 B7 0 A7 -1.184E-14 B7 6.048E-14
A8 -8.383E-15 B8 0 A8 4.035E-17 B8 1.030E-16
A9 6.524E-46 B9 0 A9 2.774E-34 B9 -8.758E-18
A10 -2.907E-30 B10 0 A10 -3.542E-30 B10 4.417E-20
표 2에서 비구면 계수는 주사 광학소자의 중심축을 중심으로 광원에 가까운 쪽의 광원측과, 광원에 먼 쪽의 반광원측으로 나누어 나타내었다. 즉, 도 1를 참조하면, 주주사 단면에서 보았을 때 피주사면(180)에 주사되는 광빔 중 광원(110)과 가까운 쪽의 광빔 구간이 광원측에 해당되고, 광원(110)과 먼 쪽의 광빔 구간이 반광원측에 해당된다.
상기 표 2와 같이 설계된 결상 광학계를 갖는 광 주사 장치에 있어서, 광속제한소자 및 제2 주사 광학소자의 편심량을 하기의 표 3에서 주어진 것과 같이 설계한다.
결상 광학계의 부주사배율이 상대적으로 낮은 경우
전체 광학계의 부주사 배율 3.24
결상 광학계의 부주사 배율 0.58
입사 광학계의 배율 5.59
제2 주사 광학소자의 편심량 XL -1.00
광속제한소자의 편심량 XS 0.70
편심비 XL/XS -1.43
상기 표 3을 참조하면, 제2 주사 광학소자(170)의 부주사 방향의 편심량 XL은 -1.00mm이고, 광속제한소자(130)의 부주사 방향의 편심량은 XS는 0.70mm이므로, 편심비 XL/XS은 -1.43으로 앞서 설명한 수학식 2를 만족함을 알 수 있다.
도 5는 본 실시예의 광 주사 장치(100)가 표 1 내지 표 3과 같이 주어진 광학적 구성을 갖는 경우에 정상적인 결상광선과 제2 주사 광학소자(170) 내에서의 면간 반사된 광선의 결상면 상의 위치를 도시한다. 도 5에서 가로축은 빔 스폿의 피주사면상의 주주사 방향 위치를 나타내며, 세로축은 빔 스폿의 피주사면상의 부주사 방향 위치를 나타낸다. 또한, 도 5에서 ghost 상은 제2 주사 광학소자(170) 내에서의 면간 반사된 다중 반사광선에 의한 고스트의 상측 경계(margin)를 의미하며, ghost 하는 고스트의 하측 경계를 의미한다. 도 5를 참조하면, 정상 결상광선에 의해 형성되는 주사선이 부주사 방향으로 기준 위치(0)에 있다고 할 때, 다중 반사광선에 의한 고스트는 부주사 방향으로 대략 2μm 내지 20μm위 범위내에 있음을 확인할 수 있다. 즉, 도 5는 제2 주사 광학소자(170) 내에서의 면간 반사된 광선이 정상 결상광선의 결상 위치로부터 충분히 회피되었음을 보여준다.
한편, 도 6 및 도 7은 상기 표 1 내지 표 3에서 주어진 바와 같은 광학 설계를 갖는 본 실시예의 광 주사 장치(100)에서 빔스폿경 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 실시예의 광 주사 장치(100)에 있어서 피주사면의 주주사 방향을 따라 주사선을 형성되는 빔 스폿의 주주사 방향의 직경 및 부주사 방향의 직경을 도시한다. 도 6에서 가로축은 빔 스폿의 피주사면상의 주주사 방향 위치를 나타내며, 세로축은 빔 스폿의 직경을 나타낸다. 도 6을 참조하면, 본 실시예의 광 주사 장치(100)는 빔스폿의 빔경 편차가 주주사 방향 전역에 걸쳐 거의 1μm이내에 있음을 볼 수 있다.
도 7은 본 실시예의 광 주사 장치(100)에 있어서 피주사면의 주주사 방향을 따라 결상되는 빔 스폿의 주주사 방향의 상면만곡과 부주사 방향의 상면만곡을 도시한다. 도 7에서 가로축은 빔스폿의 피주사면상의 주주사 방향 위치를 나타내며, 세로축은 빔 스폿의 상면만곡의 크기를 나타낸다. 도 7을 참조하면, 본 실시예의 광 주사 장치(100)는 빔스폿경의 주주사 및 부주사 방향의 상면만곡의 편차가 설계 결상면을 기준으로 거의 0.5mm 이하에 있음을 볼 수 있다.
한편, 도 8은 비교예의 광 주사 장치에 있어서, 정상적인 결상광선과 제2 주사 광학소자내에서의 면간 반사된 광선의 결상면 상의 위치를 도시하며, 도 9 및 도 10은 비교예에서의 광 주사 장치에서 빔스폿경 특성을 나타내는 그래프이다.
비교예의 광 주사 장치는, 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 다중 반사광선을 유효 화상영역으로부터 회피시키기 위해 제2 주사 광학소자(170')만을 부주사 방향으로 편심시키되, 광속제한소자(도 4의 130')의 개구 중심은 입사 광학계의 중심 광축(C)에 일치시킨 경우이다. 즉, 비교예의 광학적 설계는 표 3에서 광속제한소자의 편심량 XS인 0.70mm 대신에 광속제한소자의 편심량을 0으로 하고, 나머지 설계치들은 표 1 내지 표 3에서 주어진 값으로 갖는 경우에 얻어진다.
도 8을 참조하면, 비교예에 있어서도 제2 주사 광학소자(170') 내에서의 면간 반사된 광선이 정상 결상광선의 결상 위치로부터 회피되었음을 볼 수 있다. 그러나, 도 9 및 도 10을 참조하면, 비교예의 경우 중심 광축(C)에 대해 제2 주사 광학소자(도 4의 170')의 편심 배치의 영향으로 화상영역에서의 빔경 편차가 대략 4μm를 가지며, 유효주사영역에서의 상면만곡이 주주사 및 부주사 방향으로 1mm이상 커짐을 볼 수 있다.
즉, 비교예의 광 주사 장치의 경우, 다중 반사광선에 의한 고스트가 유효화상영역으로부터 회피되기는 하였으나, 빔경편차가 4μm정도 되고 상면만곡이 1mm이상임을 볼 수 있으나, 본 실시예의 광 주사 장치(100)는, 광속제한소자(130) 및 제2 주사 광학소자(170)의 편심비 XL/XS를 -1.43으로 함에 따라, 다중 반사광선에 의한 고스트가 유효화상영역으로부터 회피되었을 뿐만 아니라, 빔경편차가 1μm이고 상면만곡이 0.4mm이하로 감소되었음을 볼 수 있다.
즉, 도 8 내지 도 10에 도시되듯이, 비교예의 광 주사 장치는 비록 다중 반사광선에 의한 고스트를 회피할 수 있을지라도 빔경 편차나 상면만곡 특성의 열화가 커짐을 볼 수 있는데 반하여, 도 5 내지 도 7에 도시되듯이, 본 실시예의 광 주사 장치(100)는 광속제한소자(130)를 제2 주사 광학소자(170)와 함께 수학식 1 및 수학식 2에서와 같이 소정 범위 내에서 편심 배치시킴으로, 다중 반사광선에 의한 고스트를 회피할 뿐만 아니라, 빔경 편차나 상면만곡 특성이 크게 향상됨을 볼 수 있다.
다음으로 본 실시예의 광 주사 장치(100)의 결상 광학계의 부주사 배율이 상대적으로 큰 경우에 대해 표 1, 표 4 및 표 5와, 도 11 및 도 12를 참조하여 설명하기로 한다.
결상 광학계의 부주사 배율이 상대적으로 큰 경우에 있어서, 수학식 3으로 표시되는 비구면식에서 계수들의 값은 다음의 표 4에서 주어진다. 표 4에서 주어지지 않은 계수들은 영(0)으로 간주된다.
　 주주사 형상[mm] 부주사 형상 　 주주사 형상 부주사 형상[mm]
제
1
렌
즈
입
사
면		 광
원
측		 R -7.24E+02 r 0 제
2
렌
즈
입
사
면		 광
원
측		 R 8.53E+02 r -1.44E+02
A1 -2.57E-02 B1 0 A1 -2.10E-02 B1 2.46E-03
A2 -8.61E-03 B2 0 A2 -4.26E-03 B2 5.63E-04
A3 -1.46E-06 B3 0 A3 2.14E-05 B3 -1.29E-06
A4 -1.49E-06 B4 0 A4 5.62E-07 B4 -1.02E-06
A5 4.17E-08 B5 0 A5 -4.70E-09 B5 2.85E-08
A6 1.80E-09 B6 0 A6 -2.99E-11 B6 -3.15E-10
A7 -1.17E-11 B7 0 A7 -5.85E-14 B7 8.85E-15
A8 -8.27E-13 B8 0 A8 1.99E-15 B8 1.83E-14
A9 1.86E-15 B9 0 A9 2.05E-17 B9 7.92E-17
A10 -7.79E-17 B10 0 A10 -1.89E-19 B10 -8.99E-19
반
광
원
측		 R -7.24E+02 r 0 반
광
원
측		 R 8.53E+02 r -1.44E+02
A1 -2.57E-02 B1 0 A1 2.10E-02 B1 -2.46E-03
A2 -8.61E-03 B2 0 A2 -4.26E-03 B2 5.63E-04
A3 1.46E-06 B3 0 A3 -2.14E-05 B3 -9.46E-06
A4 -1.59E-06 B4 0 A4 1.39E-06 B4 -8.32E-07
A5 1.30E-08 B5 0 A5 -8.02E-09 B5 3.68E-08
A6 9.81E-10 B6 0 A6 -8.38E-11 B6 -5.01E-10
A7 -3.14E-12 B7 0 A7 3.63E-14 B7 -2.54E-13
A8 -7.94E-13 B8 0 A8 1.14E-14 B8 5.16E-14
A9 2.10E-14 B9 0 A9 -6.14E-17 B9 5.73E-17
A10 -3.21E-16 B10 0 A10 -3.99E-20 B10 -4.56E-18
제
1
렌
즈
출
사
면		 광
원
측		 R -4.24E+01 r 0 제
2
렌
즈
출
사
면		 광
원
측		 R 1.21E+02 r -2.25E+01
A1 -4.09E-02 B1 0 A1 1.29E-02 B1 1.90E-05
A2 -3.67E-03 B2 0 A2 -5.10E-03 B2 -1.41E-05
A3 2.89E-06 B3 0 A3 6.90E-06 B3 -3.98E-06
A4 7.32E-07 B4 0 A4 -9.28E-07 B4 1.46E-07
A5 -2.93E-08 B5 0 A5 6.75E-09 B5 -2.22E-09
A6 2.23E-09 B6 0 A6 2.91E-11 B6 1.43E-11
A7 2.13E-13 B7 0 A7 -1.53E-13 B7 5.92E-14
A8 5.40E-13 B8 0 A8 -3.08E-15 B8 -3.19E-15
A9 -5.67E-15 B9 0 A9 -5.61E-17 B9 1.59E-17
A10 -2.19E-16 B10 0 A10 3.76E-19 B10 2.24E-19
반
광
원
측		 R -4.24E+01 r 0 반
광
원
측		 R 1.21E+02 r -2.25E+01
A1 4.09E-02 B1 0 A1 -1.29E-02 B1 -1.90E-05
A2 -3.67E-03 B2 0 A2 -5.10E-03 B2 -1.41E-05
A3 -2.89E-06 B3 0 A3 -6.90E-06 B3 -7.08E-06
A4 1.34E-06 B4 0 A4 -3.81E-07 B4 3.40E-07
A5 -1.72E-08 B5 0 A5 -3.84E-09 B5 -7.03E-09
A6 1.62E-09 B6 0 A6 1.11E-10 B6 6.20E-11
A7 3.48E-12 B7 0 A7 -6.30E-14 B7 1.47E-13
A8 -2.20E-14 B8 0 A8 -1.19E-14 B8 -5.90E-15
A9 -6.07E-15 B9 0 A9 1.28E-17 B9 2.78E-17
A10 2.31E-16 B10 0 A10 1.25E-19 B10 -3.39E-20
상기 표 4와 같이 설계된 결상 광학계를 갖는 광 주사 장치에 있어서, 광속제한소자 및 제2 주사 광학소자의 편심량을 하기의 표 5에서 주어진 것과 같이 설계한다.
결상 광학계의 부주사배율이 상대적으로 높은 경우
전체 광학계의 부주사 배율 7.00
결상 광학계의 부주사 배율 2.00
입사 광학계의 배율 3.50
제2 주사 광학소자의 편심량 XL -0.35
광속제한소자의 편심량 XS 0.90
편심비 XL/XS -0.39
상기 표 5에서 제2 주사 광학소자(170)의 부주사 방향의 편심량 XL은 -0.35mm이고, 광속제한소자(130)의 부주사 방향의 편심량은 XS는 0.90mm이므로, 편심비 XL/XS은 -0.39으로 앞서 설명한 수학식 2를 만족함을 알 수 있다.
도 11 및 도 12는 본 실시예의 광 주사 장치(100)가 표 1, 표 4 및 표 5와 같이 주어진 광학적 구성을 갖는 경우에 있어서 빔스폿경 특성을 나타내는 그래프이다. 도 11에서 가로축은 빔 스폿의 피주사면상의 주주사 방향 위치를 나타내며, 세로축은 빔 스폿의 직경을 나타낸다. 도 11을 참조하면, 본 실시예의 광 주사 장치(100)는 빔스폿의 빔경편차가 피주사면의 주주사 방향 전역에 걸쳐 거의 1μm 이내에 있음을 볼 수 있다. 도 12에서 가로축은 빔스폿의 피주사면상의 주주사 방향 위치를 나타내며, 세로축은 빔 스폿의 상면만곡의 크기를 나타낸다. 도 12를 참조하면, 본 실시예의 광 주사 장치(100)는 빔스폿경의 주주사 및 부주사 방향의 상면만곡의 편차가 설계 결상면을 기준으로 거의 0.5mm 이하에 있음을 볼 수 있다.
한편, 도 13 및 도 14는 비교예의 광 주사 장치에서 빔스폿경 특성을 나타내는 그래프이다. 비교예의 광 주사 장치의 광학적 설계는 표 5에서 광속제한소자의 편심량 XS인 0.90mm 대신에 광속제한소자의 편심량을 0으로 하고, 나머지 설계치들은 표 1, 표 4 및 표 5에서 주어진 값으로 갖는 경우에 얻어진다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 비교예의 경우 중심 광축(C)에 대해 제2 주사 광학소자(도 4의 170')의 편심 배치의 영향으로 유효화상영역에서의 주주사 및 부주사 방향의 빔경 편차가 대략 4μm를 가지며, 유효주사영역에서의 상면만곡이 주주사 및 부주사 방향으로 1mm이상 커짐을 볼 수 있다.
즉, 비교예의 광 주사 장치의 경우, 다중 반사광선에 의한 고스트가 유효화상영역으로부터 회피하기 위하여 제2 주사 광학소자를 편심시킴에 따라 빔경편차가 4μm정도 되고 상면만곡이 1mm이상이 되는 빔경 특성의 열화를 볼 수 있으나, 본 실시예의 광 주사 장치(100)는, 광속제한소자(130) 및 제2 주사 광학소자(170)의 편심비 XL/XS를 -1.43으로 함에 따라, 다중 반사광선에 의한 고스트가 유효화상영역으로부터 회피되었을 뿐만 아니라, 빔경편차가 1μm이고 상면만곡이 0.4mm이하로 감소되었음을 볼 수 있다.
표 3 및 표 5에서 주어진 바와 같이, 광속제한소자(130) 및 제2 주사 광학소자(170)의 편심비 XL/XS은 결상 광학계의 부주사 배율의 크기에 따라 변동될 수 있다. 대체적으로 결상 광학계의 부주사 배율의 크기가 작은 경우에 편심비 XL/XS는 커지며 결상 광학계의 부주사 배율의 크기가 큰 경우에 편심비 XL/XS는 작아지는 경향을 보이는바, 편심비 XL/XS가 앞서 설명한 수학식 2에서와 같이 -1.8 내지 -0.2의 수치범위를 만족하는 경우에 다중 반사광선에 의한 고스트를 유효화상영역으로부터 회피시킬 뿐만 아니라, 제2 주사 광학소자(170)의 편심 배치에 따른 빔경편차나 상면만곡 특성의 열화를 억제될 수 있다.
본 실시예는, 개구제한소자(130)가 콜리메이팅 렌즈(120)와 실린드리컬 렌즈(140) 사이에 배치된 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 입사 광학계의 다른 위치(예를 들어, 광원(110)과 콜리메이팅 렌즈(120) 사이 혹은 실린드리컬 렌즈(140)와 광 편향기(150) 사이)에 배치될 수도 있다.
또한, 본 실시예는 콜리메이팅 렌즈(120)와 실린드리컬 렌즈(140)가 각각 마련된 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 콜리메이팅 렌즈(120)와 실린드리컬 렌즈(140)는 일체로 형성되어, 단일 렌즈로서 광속을 부주사 방향으로는 집속하고 주주사 방향으로는 평행광 혹은 수렴광으로 만들 수도 있다.
또한, 본 실시예의 광 주사 장치(100)는 하나의 광 편향기(150)가 하나의 광빔(L)을 편향 주사하는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 가령, 본 실시예의 광 주사 장치(100)는 하나의 광 편향기(150)에 대해 2개 혹은 4개의 광빔이 서로 다른 방향에서 입사되어 동시에 편향 주사되는 경우에도 실질적으로 동일하게 적용될 수 있을 것이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 사진 방식의 화상 형성 장치의 개략적 구성을 도시한 구성도이다. 도 11에 도시된 화상 형성 장치는 건식 현상제(이하, 토너라 한다)를 사용하여 컬러 화상을 인쇄하는 건식 전자 사진 방식의 화상 형성 장치이다.
본 실시예의 화상 형성 장치는 광 주사 장치(100), 감광 드럼(210), 현상 장치(220), 대전 롤러(230), 전사 벨트(250), 전사 롤러(260) 및 정착 장치(270)를 포함할 수 있다.
칼라화상을 인쇄하기 위하여, 광 주사 장치(100), 감광 드럼(210) 및 현상 장치(220)는 각 칼라별로 마련될 수 있다. 각 칼라별로 마련된 광 주사 장치(100)는 전술한 실시예들의 광 주사 장치(100)일 수 있다. 광 주사 장치(100)는 4개의 광빔을 4개의 감광 드럼(210)에 각각 주사한다. 전술한 바와 같이, 광 주사 장치(100)는 4개의 광빔을 하나의 편향기로 주사할 수 있으며, 이 경우 광 주사 장치(100)는 4개의 감광 드럼(210) 및 현상장치(220)에 공용될 수도 있다.
감광 드럼(210)은 상담지체의 일 예로서, 원통형 금속 파이프의 외주면에 소정 두께의 감광층이 형성된 것이다. 도면으로 도시되지는 않았지만, 상담지체로서 벨트 형태의 감광 벨트가 채용될 수도 있다. 감광 드럼(210)의 외주면은 전술한 실시예들에서 언급된 피주사면(도 1의 180)이 된다. 광 주사 장치(100)가 감광 드럼(210)의 피주사면을 길이방향으로 노광시키고, 피주사면이 감광 드럼(210)의 회전에 따라 부주사 방향으로 이동함에 따라, 감광 드럼(210)의 피주사면에는 2차원의 정전잠상이 형성되게 된다.
4개의 감광 드럼(210)에는 각각 흑색(K), 마젠타(M), 엘로우(Y), 시안(C) 색상의 화상정보에 대응되는 정전 잠상이 형성된다. 4개의 현상 장치(220)는 각각 흑색(K), 마젠타(M), 엘로우(Y), 시안(C)의 색상의 토너를 감광 드럼(210)에 공급하여 흑색(K), 마젠타(M), 엘로우(Y), 시안(C)의 색상의 토너 화상을 형성시킨다.
감광 드럼(210)의 외주면에서 광 주사 장치(100)에 의해 노광되는 위치의 상류측에는 대전 롤러(230)가 마련된다. 대전 롤러(230)는 감광 드럼(210)에 접촉되어 회전되면서 그 표면을 균일한 전위로 대전시키는 대전기의 일 예이다. 대전 롤러(210)에는 대전바이어스가 인가된다. 대전 롤러(230) 대신에 코로나 대전기(미도시)가 사용될 수도 있다.
중간 전사 벨트(250)는 감광 드럼(210)의 토너 화상을 인쇄 매체(P)로 전달하는 중간 전사체의 일예이다. 중간 전사 벨트(250)를 대신하여, 중간전사드럼이 중간 전사체로 사용될 수도 있을 것이다. 중간 전사 벨트(250)는 감광드럼들(210)과 접촉되어 주행된다. 감광 드럼들(210)에 형성된 흑색(K), 마젠타(M), 엘로우(Y), 시안(C)의 색상의 토너 화상은 제1 전사롤러(260)에 인가되는 제1 전사바이어스에 의하여 중간 전사 벨트(250)로 서로 겹쳐지면 전사된다. 감광 드럼(210)의 외주면에서 전사가 이루어지는 지점의 하류측에는 클리닝 장치(240)가 마련될 수 있다. 전사되고 남은 토너 화상들은 클리닝 장치(240)에 의해 제거된다. 중간 전사 벨트(250)에 전사된 토너 화상은, 제2 전사롤러(260)에 인가되는 제2 전사바이어스에 의하여 중간 전사 벨트(250) 상의 토너 화상은 인쇄 매체(P)로 전사된다.
토너 화상이 전사된 인쇄 매체(P)는 정착 장치(280)로 보내어진다. 인쇄 매체(P)로 전사된 토너 화상이 정착 장치(280)의 정착닙에서 열과 압력을 받아 인쇄 매체(P)에 정착됨으로써 인쇄가 완료된다.
본 실시예의 화상 형성 장치는 컬러화상을 형성하는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 가령, 흑백의 단색화상을 형성하는 경우, 화상 형성 장치는 광 주사 장치(100), 감광 드럼(210) 및 현상 장치(220)가 하나씩만 마련될 수 있을 것이다. 나아가, 본 실시예의 화상 형성 장치에서 광 주사 장치(100)를 제외한 나머지 구성 요소들, 즉 감광 드럼(210), 현상 장치(220), 중간 전사 벨트(250), 제1 및 제2 전사 롤러(260, 270), 정착 장치(280) 등은 전자 사진 방식에 의해 인쇄 매체에 토너 화상을 전사시키는 인쇄 유닛의 일 예로 설명한 것이고, 공지의 인쇄 유닛이 본 발명에 따른 화상 형성 장치에 적용될 수 있을 것이다.
전술한 본 발명인 광 주사 장치 및 이를 채용한 전자 사진 방식의 화상 형성 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 광 주사 장치 110 : 광원
120 : 콜리메이터 렌즈 130 : 광속제한소자
140 : 실린드리컬 렌즈 150 : 광 편향기
160, 170 : 주사 광학소자 210 : 감광 드럼
220 : 현상 장치 230 : 대전 롤러
250 : 중간 전사 벨트 260, 270 : 전사 롤러
290 : 정착 장치

Claims (13)

  1. 피주사면에 광빔을 주사하는 광 주사 장치에 있어서,
    화상신호에 따라 광빔을 출사하는 광원;
    상기 광원에서 출사된 광빔의 광속을 제한하는 광속제한소자를 구비한 입사 광학계;
    상기 광원에서 출사된 광빔을 주주사 방향으로 편향하여 주사하는 광 편향기; 및
    상기 광 편향기에서 편향 주사되는 광빔을 상기 피주사면에 결상시키는 하나 혹은 복수의 주사 광학소자를 구비한 결상 광학계;를 포함하며,
    상기 결상 광학계의 하나 혹은 복수의 주사 광학소자 중에서 적어도 하나의 주사 광학소자는 상기 결상 광학계의 중심 광축으로부터 부주사 방향으로 편심 배치되며, 상기 광속제한소자는 상기 결상 광학계에서 편심 배치되는 주사 광학소자에 의해 발생되는 빔스폿경의 열화를 상쇄시키도록 상기 입사 광학계의 중심 광축으로부터 부주사 방향으로 편심 배치되는 광 주사 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 광속제한소자의 편심 방향은 상기 결상 광학계에서 편심 배치되는 주사 광학소자의 편심 방향과 반대인 광 주사 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 결상 광학계에서 편심 배치되는 주사 광학소자는 상기 결상 광학계의 하나 혹은 복수의 주사 광학소자 중에서 상기 피주사면에 최인접한 주사 광학소자인 광 주사 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 광속제한소자의 부주사 방향의 편심량 XS과 상기 결상 광학계에서 편심 배치되는 주사 광학소자의 부주사 방향으로의 편심량 XL은 하기의 수학식을 만족하는 광 주사 장치.
    <수학식>
    Figure 112012086924231-pat00006
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 광속제한소자는 상기 광 편향기에 입사되는 광빔의 입사각 θ가 하기의 수학식을 만족하도록 편심 배치되는 광 주사 장치.
    <수학식>
    Figure 112012086924231-pat00007
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 입사 광학계는 상기 광원에서 출사한 광빔을 평행광 혹은 수렴광을 집속시키는 콜리메이팅 렌즈와, 상기 콜리메이팅 렌즈를 경유한 광빔을 상기 광 편향기의 편향면에 부주사 방향으로 집속시키는 실린드리컬 렌즈를 더 포함하는 광 주사 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 광속제한소자는 상기 광원과 상기 콜리메이팅 렌즈 사이, 상기 콜리메이팅 렌즈와 상기 실린드리컬 렌즈의 사이, 상기 실린드리컬 렌즈와 상기 광 편향기의 사이 중 어느 하나의 위치에 배치되는 광 주사 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 결상 광학계는 상기 광 편향기에 인접하며 부주사 방향의 굴절력이 실질적으로 0인 제1 주사 광학소자와, 상기 제1 주사 광학소자를 경유한 광빔을 피주사면에 결상시키며 상기 결상 광학계에서 필요로 하는 부주사 방향의 굴절력을 실질적으로 갖는 제2 주사 광학소자를 포함하며, 상기 결상 광학계에서 편심 배치되는 주사 광학소자는 상기 제2 주사 광학소자인 광 주사 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 하나 혹은 복수의 주사 광학소자는 상기 광 편향기에서 편향 주사되는 광빔을 상기 피주사면에 등속으로 결상시키는 fθ특성을 갖는 광 주사 장치.
  10. 피주사면에 광빔을 주사하는 광 주사 장치에 있어서,
    화상신호에 따라 광빔을 출사하는 광원;
    상기 광원에서 출사된 광빔을 주주사 방향으로 편향하여 주사하는 광 편향기;
    상기 광원에서 출사한 광빔을 평행광 혹은 수렴광을 집속시키는 콜리메이팅 렌즈;
    상기 콜리메이팅 렌즈를 경유한 광빔을 상기 광 편향기의 편향면에 부주사 방향으로 집속시키는 실린드리컬 렌즈;
    상기 광원과 상기 콜리메이팅 렌즈 사이, 상기 콜리메이팅 렌즈와 상기 실린드리컬 렌즈의 사이, 상기 실린드리컬 렌즈와 상기 광 편향기의 사이 중 어느 하나의 위치에 배치되며, 상기 광원에서 출사된 광빔의 광속을 제한하는 광속제한소자; 및
    상기 광 편향기에서 편향 주사되는 광빔을 상기 피주사면에 결상시키는 하나 혹은 복수의 주사 광학소자;를 포함하며,
    상기 하나 혹은 복수의 주사 광학소자 중에서 상기 피주사면에 최인접한 주사 광학소자는 상기 광 주사 장치의 광학계의 중심 광축으로부터 부주사 방향으로 편심 배치되며, 상기 광속제한소자는 상기 중심 광축으로부터 상기 편심 배치되는 주사 광학소자의 편심 방향과 반대의 부주사 방향으로 편심 배치되는 광 주사 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 광속제한소자의 부주사 방향의 편심량 XS과 상기 편심 배치되는 주사 광학소자의 부주사 방향으로의 편심량 XL은 하기의 수학식을 만족하는 광 주사 장치.
    <수학식>
    Figure 112018036741666-pat00008
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 광속제한소자는 상기 광 편향기에 입사되는 광빔의 입사각 θ가 하기의 수학식을 만족하도록 편심 배치되는 광 주사 장치.
    <수학식>
    Figure 112012086924231-pat00009
  13. 상담지체;
    상기 상담지체의 피주사면에 광을 주사하여 정전잠상을 형성하는 것으로서, 상기 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 기재된 광 주사 장치; 및
    상기 상담지체에 형성된 정전잠상에 토너를 공급하여 현상시키는 현상 장치;를 포함하는 전자 사진 방식의 화상 형성 장치.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6388382B2 (ja) * 2014-07-31 2018-09-12 キヤノン株式会社 走査光学装置及び画像形成装置
EP3263339B1 (en) * 2015-02-25 2019-11-06 Ricoh Company, Ltd. Light-absorbing material jetting device, light-absorbing material jetting method, and applications using same
JP6998488B1 (ja) * 2021-07-07 2022-01-18 川崎重工業株式会社 レーザ走査装置及びレーザ走査方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6141118A (en) 1996-06-13 2000-10-31 Canon Kabushiki Kaisha Optical scanning device
JP2008170487A (ja) 2007-01-06 2008-07-24 Canon Inc 光走査装置及びそれを用いた画像形成装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0672981B2 (ja) * 1985-07-31 1994-09-14 株式会社リコー 光ビ−ム走査光学系
JP4850358B2 (ja) * 2001-07-06 2012-01-11 キヤノン株式会社 走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置
JP4454898B2 (ja) 2001-12-17 2010-04-21 キヤノン株式会社 走査光学系及びそれを有する画像形成装置
JP3984950B2 (ja) * 2003-11-12 2007-10-03 キヤノン株式会社 照明光学系及びそれを有する露光装置
KR101442616B1 (ko) * 2008-09-16 2014-09-23 삼성전자주식회사 광 주사 장치 및 화상 형성 장치
DE102010042351B4 (de) * 2010-10-12 2014-02-13 Leica Microsystems Cms Gmbh Mikroskopbeleuchtungssystem, Mikroskop und Verfahren zur schrägen Auflichtbeleuchtung
JP6715574B2 (ja) * 2015-06-11 2020-07-01 株式会社オカムラ 什器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6141118A (en) 1996-06-13 2000-10-31 Canon Kabushiki Kaisha Optical scanning device
JP2008170487A (ja) 2007-01-06 2008-07-24 Canon Inc 光走査装置及びそれを用いた画像形成装置

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