KR101940294B1 - 광 주사 장치 및 이를 채용한 화상 형성 장치 - Google Patents

광 주사 장치 및 이를 채용한 화상 형성 장치 Download PDF

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Abstract

광 주사 장치 및 이를 채용한 화상 형성 장치가 개시된다. 개시된 광 주사 장치는 화상신호에 따라 광빔을 출사하는 광원과; 광원에서 출사된 광빔을 편향하여 주사하는 광 편향기와; 광 편향기에서 편향 주사되는 광빔의 일부를 수광하여 동기 신호를 검출하는 동기 검출 센서와, 광 편향기와 동기 검출 센서 사이에 배치되는 동기 검출 렌즈를 구비한 동기 검출 광학계;를 포함하며, 동기 검출 렌즈는 제1 방향의 굴절력과, 제1 방향과 다른 제2 방향의 굴절력이 서로 다른 아나모픽 렌즈이며, 동기 검출 렌즈의 제1 방향은 동기 검출 렌즈에 입사되는 광빔의 주사되는 방향인 주주사 방향에 대해 경사져 있다.

Description

광 주사 장치 및 이를 채용한 화상 형성 장치{Laser scanning unit and image forming apparatus employing the same}
본 개시는 광 주사 장치 및 이를 채용한 화상 형성 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 더욱 상세하게는 동기 신호를 검출하는 동기 검출 광학계를 개선한 광 주사 장치 및 이를 채용한 화상 형성 장치에 관한 것이다.
광 주사 장치는 광원으로부터 출사된 광빔을 소정 영역에 주사하는 장치로서 전자 사진 방식의 화상 형성 장치나 주사형 디스플레이 장치 등 다양한 분야에 채용된다.
이러한 광 주사 장치는 주사되는 광빔을 이용하여 화상을 형성하므로, 주사의 시작 위치나 끝 위치를 결정하는 것이 중요하며, 이에 따라 화상의 수평 동기를 맞추기 위한 동기 검출 광학계를 구비한다.
가령, 레이저빔 프린터나 디지털 복사기, MFP(다기능 프린터) 등과 같은 전자 사진 방식의 화상 형성 장치에 있어서, 광 주사 장치는 감광 드럼에 광빔을 주사(scanning)함으로써 정전잠상을 형성한다. 형성된 정전잠상은 토너와 같은 현상제를 이용하여 현상화상으로 현상되고, 현상화상은 인쇄매체 상에 전사된다. 이러한 화상 형성 장치에서, 만일 감광 드럼에 주사되는 광빔의 주사 위치가 주사 라인마다 달라지게 되면, 화상 쉬프트가 일어나게 되며, 컬러 화상을 형성하고자 하는 경우 색들의 겹쳐지는 위치가 흔들리게 된다. 따라서, 고해상도의 화상을 구현하기 위해서는 주사 개시 위치 타이밍의 변동을 최소화하는 동기 검출 광학계가 요구된다.
동기 검출 광학계의 구조를 개선하여 광 편향기의 광 편향면의 면쓰러짐에 의해 발생되는 주사 개시 위치 타임의 변동을 감소시킨 광 주사 장치 및 이를 채용한 화상 형성 장치를 제시하고자 한다.
본 발명의 한 측면에 따르는 광 주사 장치는, 화상신호에 따라 광빔을 출사하는 광원; 광원에서 출사된 광빔을 편향하여 주사하는 광 편향기; 및 광 편향기에서 편향 주사되는 광빔의 일부를 수광하여 동기 신호를 검출하는 동기 검출 센서와, 광 편향기와 동기 검출 센서 사이에 배치되는 동기 검출 렌즈를 구비한 동기 검출 광학계;를 포함하며, 동기 검출 렌즈는 제1 방향의 굴절력과, 제1 방향과 다른 제2 방향의 굴절력이 서로 다른 아나모픽 렌즈이며, 동기 검출 렌즈의 제1 방향은 동기 검출 렌즈에 입사되는 광빔의 주사되는 방향인 주주사 방향에 대해 경사져 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르는 광 주사 장치는, 주주사 방향에 직교하는 부주사 단면에서 볼 때, 광원에서 출사된 광빔은 광 편향기의 편향면에 경사지게 입사할 수 있다. 이때, 동기 검출 렌즈의 제1 방향과 주주사 방향 사이의 각도 △θ는, 동기 검출 렌즈로 향하는 광빔의 광 편향기에 대한 주주사 방향의 입사각 α 및 부주사 방향의 입사각 β에 의해 결정되며, 광 편향기의 면쓰러짐의 크기에 대해 독립적일 수 있다.
동기 검출 렌즈의 제1 방향과 주주사 방향 사이의 각도 △θ는 광빔의 광 편향기에 대한 부주사 방향의 입사각 β보다 클 수 있다.
동기 검출 렌즈의 제1 방향과 주주사 방향 사이의 각도 △θ는 다음의 수학식으로 주어질 수 있다.
<수학식>
Figure 112012089809067-pat00001
동기 검출 센서는 장방형의 검출면을 가지며, 검출면의 폭 방향은 수학식으로 주어지는 각도 △θ로 경사질 수 있다.
광빔의 광 편향기에 대한 부주사 방향의 입사각 β는 0도 내지 10도의 범위 내에 있을 수 있다. 바람직하게는, 광빔의 광 편향기에 대한 부주사 방향의 입사각 β는 2도 내지 4도의 범위 내에 있을 수 있다.
동기 검출 렌즈의 제1 방향과 주주사 방향 사이의 각도 △θ는 3도 내지 20도의 범위 내에 있을 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르는 광 주사 장치는, 동기 검출 센서는 장방형의 검출면을 가지며, 검출면의 폭 방향은 주주사 방향에 대해 경사져 있을 수 있다. 이때, 동기 검출 렌즈의 제1 방향과 검출면의 폭 방향은 서로 평행할 수 있다. 또는 동기 검출 센서는 검출면의 폭 방향이 상기 주주사 방향에 대해 평행할 수도 있다.
동기 검출 렌즈의 제1 방향은 동기 검출 렌즈의 광축에 직교하며, 동기 검출 렌즈의 제2 방향은 동기 검출 렌즈의 광축 및 제1 방향에 동시에 직교할 수 있다.
동기 검출 렌즈의 제2 방향의 굴절력이 동기 검출 렌즈의 제1 방향의 굴절력보다 클 수 있다. 이때, 동기 검출 렌즈는 제2 방향의 굴절력에 의해 광빔을 동기 검출 센서의 검출면에 부주사 방향으로 결상시킬 수 있다.
주주사 방향에 직교하는 부주사 단면에서 볼 때, 동기 검출 광학계는 광 편향기의 편향면과 동기 검출 센서의 검출면에 대하여 공액 관계를 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르는 광 주사 장치는, 아나모픽 렌즈의 외측면들 중 적어도 한 외측면은 주주사 방향에 직교하며, 아나모픽 렌즈의 제1 방향은 주주사 방향에 직교하는 외측면에 대해 경사져 있을 수 있다. 또는 아나모픽 렌즈의 외측면들 중 적어도 한 외측면은 제1 방향에 직교하며, 제1 방향에 직교하는 외측면은 주주사 방향에 경사져 있을 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르는 광 주사 장치에 있어서, 광원은 제1 및 제2 광빔을 각각 출사하는 제1 및 제2 광원을 포함하며, 제1 및 제2 광빔은, 주주사 방향에 직교하는 부주사 단면에서 볼 때, 광 편향기의 일 편향면에 서로 다른 각도로 입사하며, 동기 검출 광학계는 제1 광빔의 동기 신호를 검출하는 제1 동기 검출 광학계와 제2 광빔의 동기 신호를 검출하는 제2 동기 검출 광학계 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 나아가, 광원은 제3 및 제4 광빔을 각각 출사하는 제3 및 제4 광원을 더 포함하며, 제3 및 제4 광빔은, 주주사 방향에 직교하는 부주사 단면에서 볼 때, 광 편향기의 제1 및 제2 광빔을 편향시키는 편향면과 다른 편향면에 서로 다른 각도로 입사하며, 동기 검출 광학계는 제3 광빔의 동기 신호를 검출하는 제3 동기 검출 광학계와 제4 광빔의 동기 신호를 검출하는 제4 동기 검출 광학계 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
동기 검출 광학계는 광 편향기에서 편향 주사되는 광 중 일 주사선의 시작단 쪽에 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르는 광 주사 장치는, 광원과 광 편향기 사이에 배치되는 입사 광학계를 더 포함할 수 있다. 가령 입사광학계는 광원에서 출사된 광빔을 평행광으로 집속시키는 콜리메이팅 렌즈, 광원에서 출사된 광빔의 광속 단면을 정형하는 개구 스톱, 광원에서 출사된 광빔을 광 편향기의 회전축에 평행한 방향인 부주사 방향으로 집속시키는 실린드리컬 렌즈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르는 광 주사 장치는, 광 편향기에 의해 편향 주사되는 광빔을 피주사면에 결상시키는 결상 광학계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르는 화상 형성 장치는, 감광체; 감광체의 피주사면에 광빔을 주사하여 정전잠상을 형성하는 광 주사 장치; 및 감광체에 형성된 정전잠상에 토너를 공급하여 현상시키는 현상 장치;를 포함하며, 광 주사 장치는, 화상신호에 따라 광빔을 출사하는 광원; 광원에서 출사된 광빔을 편향하여 주사하는 광 편향기; 및 광 편향기에서 편향 주사되는 광빔의 일부를 수광하여 동기 신호를 검출하는 동기 검출 센서와, 광 편향기와 동기 검출 센서 사이에 배치되는 동기 검출 렌즈를 구비한 동기 검출 광학계;를 포함하며, 동기 검출 렌즈는 제1 방향의 굴절력과, 제1 방향과 다른 제2 방향의 굴절력이 서로 다른 아나모픽 렌즈이며, 동기 검출 렌즈의 제1 방향은 동기 검출 렌즈에 입사되는 광빔의 주사되는 방향인 주주사 방향에 대해 경사져 있다.
개시된 실시예들에 의한 광 주사 장치 및 이를 채용한 화상 형성 장치는 동기 검출 광학계의 구조를 개선함으로써 광 편향기의 면쓰러짐에 의해 발생되는 주사 개시 위치 타이밍의 변동을 감소시킨다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 주사 장치의 광학적 배치를 주주사 평면에서 보인 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 광 주사 장치에서 광원에서 피주사면까지의 광학적 배치를 부주사 평면에서 보인 개략적인 도면이다.
도 3은 도 1의 광 주사 장치에서 광원에서 동기 검출 센서까지의 광학적 배치를 부주사 평면에서 보인 개략적인 도면이다.
도 4는 도 1의 광 주사 장치에서 일 실시예에 따른 동기 검출 광학계의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면이다.
도 5는 광 편향기에 경사 입사되는 광선도를 부주사 평면에서 보인 개략적인 도면이다.
도 6은 광 편향기에 편향 반사되는 광선도를 주주사 평면에서 보인 개략적인 도면이다.
도 7은 도 1의 광 주사 장치에서 광 편향기에서 면쓰러짐이 발생된 경우를 도시한다.
도 8은 도 4의 동기 검출 광학계에서 주사되는 광빔의 궤적을 도시한다.
도 9는 도 1의 광 주사 장치에서 다른 실시예에 따른 동기 검출 광학계의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면이다.
도 10은 도 9의 동기 검출 광학계에서 주사되는 광빔의 궤적을 도시한다.
도 11은 도 1의 광 주사 장치에서 또 다른 실시예에 따른 동기 검출 광학계의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 주사 장치를 채용한 전자 사진 방식의 화상 형성 장치의 개략적 구성을 도시한 구성도이다.
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 장치(100)의 광학적 배치를 주주사 평면에서 보인 개략적인 도면이며, 도 2는 도 1의 광 주사 장치(100)에서 피주사면(210a, 210b)까지의 광학적 배치를 부주사 평면에서 보인 개략적인 도면이며, 도 3은 도 1의 광 주사 장치(100)에서 동기 검출 광학계의 광학적 배치를 부주사 평면에서 보인 개략적인 도면이다. 도 2 및 도 3에서 150은 광 편향기를 나타낸 것으로, 광경로를 간략하게 하기 위하여 광 편향기(150)에 의해 편향 반사되는 것을 무시하였다.
본 명세서에서 주주사 방향이라 함은, 도 1을 참조하면, 광빔들(L1, L2, L3, L4)이 광 편향기(150)의 회전(A)에 의해 편향되어 주사되는 방향으로 정의된다. 피주사면(210a, 210b, 210c, 210d) 상에서 볼 때, 광 편향기(150)에 의해 편향 주사되는 방향인 B 방향이 주주사 방향으로 이해될 수 있다. 또한, 동기 검출 광학계(예를 들어, 제3 동기 검출 센서(190c))에서 볼 때, B' 방향이 주주사 방향으로 이해될 수 있다.
또한, 주주사 평면이라 함은 광빔들(L1, L2, L3, L4)이 광 편향기(150)의 회전(A)에 의해 편향되어 주사될 때 광빔들(L1, L2, L3, L4) 각각이 놓여지는 면을 의미한다. 광빔들(L1, L2, L3, L4) 각각에 대한 주주사 평면은 광빔들(L1, L2, L3, L4) 각각의 진행 방향과 주주사 방향에 대해 동시에 평행하며, 광 편향기(150)의 회전축에 직교한다. 후술하는 바와 같이 본 실시예의 광 주사 장치(100)는 경사 광학계를 가지므로, 엄밀히 말하면 광빔들(L1, L2, L3, L4) 각각에 대한 주주사 평면은 서로 다르나, 서로 대칭적이라는 점을 고려하여 도 1에서는 편의상 하나의 주주사 평면상에 광 주사 장치(100)의 광학계를 도시한다.
부주사 방향이라 함은 주주사 평면의 법선 방향으로서 후술하는 바와 같이 감광드럼들(도 12의 210)의 회전에 의해 피주사면들(210a, 210b, 210c, 210d)이 이동하는 방향에 상응한다. 즉, 부주사 방향은 광빔(L1, L2, L3, L4)의 진행방향과 주주사 방향(B 또는 B')에 동시에 수직한 방향이다.
한편, 부주사 평면은 주주사 방향에 직교하는 평면으로, 광빔(L1, L2, L3, L4)의 진행방향과 부주사 방향에 동시에 평행하다. 도 2 및 도 3에서는 제1 광빔(L1) 및 제2 광빔(L2)에 대해 공통적인 부주사 평면상에서 광 주사 장치(100)의 광학계를 도시한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예의 광 주사 장치(100)는 4개의 광빔들(L1, L2, L3, L4)을 출사하는 4개의 광원(110a, 110b, 110c, 110d)을 포함한다. 광원들(110a, 110b, 110c, 110d)으로서는 레이저 다이오드가 채용될 수 있다. 광원들(110a, 110b, 110c, 110d)은 예를 들어, 흑색(K), 마젠타(M), 엘로우(Y), 시안(C) 색상의 화상정보에 대응되는 화상신호에 따라 변조되는 광빔들(L1, L2, L3, L4)을 출사할 수 있다.
4개의 광원들(110a, 110b, 110c, 110d)에서 출사된 4개의 광빔들(L1, L2, L3, L4)은 하나의 광 편향기(150)에 의해 편향되어 주사된다. 광 편향기(150)는 예를 들어 회전축을 중심으로 회전하는 복수의 반사면, 즉 편향면을 가지는 회전 다면경일 수 있다. 광 편향기(150)는 다른 예로 멤스(Microelectromechanical Systems; MEMS) 미러일 수도 있다.
4개의 광원들(110a, 110b, 110c, 110d) 중에서 제1 및 제2 광원(110a, 110b)은 부주사 방향으로 나란히 배치되며, 제3 및 제4 광원(110c, 110d)은 부주사 방향으로 나란히 배치될 수 있다. 즉, 도 1에서와 같이 주주사 평면에서 볼 때, 제1 광원(110a)과 제2 광원(110b)은 서로 겹쳐지며, 제3 광원(110c)과 제4 광원(110d)은 서로 겹쳐지도록 배치될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 광원(110a, 110b)은 광 편향기(150)을 사이에 두고 제3 및 제4 광원(110c, 110d)과 대칭적으로 배치될 수 있다.
광원들(110a, 110b, 110c, 110d)과 광 편향기(150) 사이의 광경로 상에는 입사 광학계가 마련될 수 있다. 입사 광학계는 광빔들(L1, L2, L3, L4)의 광경로 상에 각각 마련되는 4개의 콜리메이팅 렌즈들(120a, 120b, 120c, 120d), 4개의 개구 스톱들(aperture stops)(130a, 130b, 130c, 130d) 및 2개의 실린드리컬 렌즈들(140ab, 140cd) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 콜리메이팅 렌즈들(120a, 120b, 120c, 120d)은 광원들(110a, 110b, 110c, 110d)에서 출사된 광빔들(L1, L2, L3, L4)을 평행광 혹은 수렴광으로 만들어 주는 집광 렌즈이다. 개구 스톱들(130a, 130b, 130c, 130d)은 광빔들(L1, L2, L3, L4)의 광속 단면(즉, 직경과 형상)을 정형한다. 실린드리컬 렌즈들(140ab, 140cd)은 광빔들(L1, L2, L3, L4)을 부주사방향에 대응되는 방향으로 집속시킴으로써, 광 편향기(150)의 편향면에 광빔들(L1, L2, L3, L4)을 거의 선형으로 결상시키는 아나모픽 렌즈(anamorphic lens)이다. 이때, 제1 실린드리컬 렌즈(140ab)는 부주사 방향으로 이격된 상태로 나란히 입사되는 제1 및 제2 광빔들(L1, L2)에 대해 공용될 수 있으며, 제2 실린드리컬 렌즈(140cd)는 부주사 방향으로 이격된 상태로 나란히 입사되는 제3 및 제4 광빔들(L3, L4)에 대해 공용될 수 있다. 물론, 제1 내지 제4 광빔들(L1, L2, L3, L4) 각각에 대해 개별적으로 실린드리컬 렌즈가 마련될 수도 있다. 또한, 콜리메이팅 렌즈들(120a, 120b, 120c, 120d)과 실린드리컬 렌즈들(140ab, 140cd)은 일체로 형성되어, 단일 렌즈로서 광속을 부주사 방향으로는 집속하고 주주사 방향으로는 평행광 혹은 수렴광으로 만들 수도 있다. 한편, 개구 스톱들(130a, 130b, 130c, 130d)은 콜리메이팅 렌즈들(120a, 120b, 120c, 120d)과 실린드리컬 렌즈들(140ab, 140cd) 사이에 배치된 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 입사 광학계의 다른 위치(예를 들어, 광원들(110a, 110b, 110c, 110d)과 콜리메이팅 렌즈들(120a, 120b, 120c, 120d) 사이 혹은 실린드리컬 렌즈들(140ab, 140cd)과 광 편향기(150) 사이)에 배치될 수도 있다.
상기와 같은 입사 광학계는 4개의 광원(110a, 110b, 110c, 110d)에서 출사된 4개의 광빔들(L1, L2, L3, L4)이 광 편향기(150)의 편향면(151)에 경사지게 입사하도록 배치될 수 있다. 나아가, 입사 광학계는 도 2 및 도 3에 도시되듯이 4개의 광원(110a, 110b, 110c, 110d) 중에서 제1 광빔(L1)과 제2 광빔(L2)이 부주사 단면에서 보았을 때 광 편향기(150)의 어느 한 편향면(151)에 서로 대칭적으로 입사되도록 설계될 수 있다. 비슷한 방식으로, 제3 광빔(L3)과 제4 광빔(L4)이 부주사 단면에서 보았을 때 광 편향기(150)의 또 다른 편향면에 서로 대칭적으로 입사되도록 설계될 수 있다.
제1 광원(110a)에서 출사된 제1 광빔(L1)의 광 편향기(150)의 편향면(151)에 대한 부주사 단면에서의 입사각(β)은 0도(deg) 내지 10도의 범위 내에 있을 수 있으며, 바람직하게는 2도 내지 4도의 범위 내에 있을 수 있다. 마찬가지로, 제2 광원(110b)에서 출사된 제2 광빔(L2)의 광 편향기(150)의 편향면(151)에 대한 부주사 단면에서의 입사각(β)은 0도 내지 10도의 범위, 바람직하게는 2도 내지 4도의 범위 내에 있을 수 있다. 광빔들(L1, L2, L3, L4)의 입사각(β)이 크면 광 편향기(150)에서 편향 주사될 때 광빔들(L1, L2, L3, L4)이 서로 용이하게 분리될 수 있지만, 결상 광학계의 광학적 설계가 복잡해질 수 있으므로, 요구되는 광학적 사양에 따라 광빔들(L1, L2, L3, L4)의 입사각(β)은 결정될 수 있다.
이와 같이 입사 광학계를 경사 광학계로 구성함에 따라서 광 주사 장치(100)는 하나의 광 편향기(150)로서 복수의 광빔을 주사할 수 있게 되어, 광 주사 장치 및 컬러 화상 형성 장치를 좀 더 소형화하게 재료비를 절감시킬 수 있게 된다.
광 편향기(150)와 피주사면들(210a, 210b, 210c, 210d) 사이의 광경로 상에는 결상 광학계가 마련될 수 있다. 결상 광학계는 광 편향기(150)에서 편향 주사되는 광빔들(L1, L2, L3, L4)을 피주사면들(210a, 210b, 210c, 210d)에 각각 결상시킨다. 이러한 결상 광학계는 광빔들(L1, L2, L3, L4)이 피주사면들(210a, 210b, 210c, 210d)에 등속 주사되도록 보정하는 fθ 특성을 갖는 비구면 렌즈들로 이루어질 수 있다.
일 예로, 결상 광학계는 광빔들(L1, L2, L3, L4) 각각의 광경로 상에 마련되는 2개의 1차 주사 렌즈(160ab, 160cd)와 4개의 2차 주사 렌즈(170a, 170b, 170c, 170d)를 포함할 수 있다. 이때, 2개의 1차 주사 렌즈(160ab, 160cd)는 부주사 방향의 굴절력이 거의 영(0)이 되는 굴절력을 갖고, 4개의 2차 주사 렌즈(170a, 170b, 170c, 170d)는 결상 광학계에서 요구되는 부주사 방향의 굴절력을 대부분을 갖도록 설계할 수 있다. 하나의 1차 주사 렌즈(160ab)는 부주사 방향으로 이격된 상태로 나란히 편향 주사되는 제1 및 제2 광빔들(L1, L2)에 대해 공용될 수 있으며, 또 다른 2차 주사 렌즈(160cd)는 부주사 방향으로 이격된 상태로 나란히 편향 주사되는 제3 및 제4 광빔들(L3, L4)에 대해 공용될 수 있다.
2차 주사 렌즈들(170a, 170b, 170c, 170d)은 정점(중심점)이 광축에 대해 부주사 방향으로 편심되도록 배치될 수 있다. 즉, 2차 주사 렌즈(170a, 170b, 170c, 170d)는 광빔들(L1, L2, L3, L4)이 부주사 방향으로 편심된 상태로 경유하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 표 1을 참조하여 후술하는 구체적인 설계예에서, 2차 주사 렌즈(170a, 170b, 170c, 170d)는 그 정점이 부주사 방향으로 4.7mm 편심되게 배치될 수 있다. 이와 같은 경사 광학계의 편심 배치에 의해 피주사면들(210a, 210b, 210c, 210d) 상에서의 주사선만곡의 특성을 향상시키기고 2차 주사 렌즈(170a, 170b, 170c, 170d)의 입사/출사면의 유효면 크기를 줄일 수 있다.
본 실시예는 2개의 1차 주사 렌즈(160ab, 160cd)가 4개의 광빔들(L1, L2, L3, L4)에 대해 공용된 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 4개의 광빔들(L1, L2, L3, L4) 각각에 대해 개별적으로 1차 주사 렌즈가 마련될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 실시예는 결상 광학계가 각 광경로를 기준으로 2개의 주사 렌즈로 이루어진 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 결상 광학계는 각 광경로를 기준으로 1개의 주사 렌즈로 이루어지거나 혹은 3개 이상의 주사 렌즈로 이루어질 수도 있다.
결상 광학계 내부 혹은 결상 광학계와 피주사면들(210a, 210b, 210c, 210d) 사이에는 광경로를 적절하게 변경할 수 있는 반사미러(미도시)가 더 개재될 수 있다.
광 편향기(150)에서 편향 주사되는 광빔들(L1, L2, L3, L4)의 동기 신호를 검출하는 동기 검출 광학계가 마련된다. 동기 검출 광학계는 광 편향기(150)에서 편향 주사되는 제1 광빔(L1)의 광경로 상에 배치되는 제1 동기 검출 렌즈(180a)와 제1 동기 검출 센서(190a)를 포함한다.
제1 동기 검출 렌즈(180a)와 제1 동기 검출 센서(190a)는, 도 1에 도시되듯이, 광 편향기(150)의 일 편향면에 편향 주사되는 일 주사선에서 주주사가 시작되는 시작단 쪽에 배치될 수 있다. 이에 따라 제1 동기 검출 센서(190a)는 제1 광빔(L1)의 일 주사선의 시작을 나타내는 동기 신호를 검출할 수 있다.
제1 광빔(L1)과 제2 광빔(L2)은 도 1에서와 같이 주주사 평면에서 보았을 때 서로 겹쳐진 상태로 광 편향기(150)에 의해 편향 주사되므로, 제1 동기 검출 센서(190a)에서 검출되는 동기 신호를 이용하여 제2 광빔(L2)을 동기시킬 수 있다. 물론, 도 3에 도시된 바와 같이 동기 검출 광학계는 광 편향기(150)에서 편향 주사되는 제2 광빔(L2)의 광경로 상에 배치되는 제2 동기 검출 렌즈(180b)와 제2 동기 검출 센서(190b)를 더 포함할 수도 있다. 이때, 제2 동기 검출 렌즈(180b)와 제2 동기 검출 센서(190b)는 전술한 제1 동기 검출 렌즈(180a)와 제1 동기 검출 센서(190a)와 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다. 이와 같이, 제1 동기 검출 렌즈(180a)와 제2 동기 검출 센서(190b)가 추가적으로 마련된다면, 제2 동기 검출 센서(190b)를 통해 제2 광빔(L2)의 동기 신호를 검출함으로써 제2 광빔(L2)에 대해 좀 더 정확한 동기 동작을 수행할 수도 있을 것이다.
또한, 제1 광빔(L1)과 제3 광빔(L3)은 광 편향기(150)를 사이에 두고 대칭적으로 배치되어 있으므로, 제1 동기 검출 센서(190a)에서 검출되는 동기 신호를 이용하여 제3 광빔(L3)을 동기시킬 수 있다. 물론, 도 1에 도시된 바와 같이 동기 검출 광학계는 광 편향기(150)에서 편향 주사되는 제3 광빔(L3)의 광경로 상에 배치되는 제3 동기 검출 렌즈(180c)와 제3 동기 검출 센서(190c)를 더 포함할 수도 있다. 이때, 제3 동기 검출 렌즈(180c)와 제3 동기 검출 센서(190c)는 전술한 제1 동기 검출 렌즈(180a)와 제1 동기 검출 센서(190a)는 경사 각도 △θ의 값을 제외한 나머지 사항에 대해 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다. 이와 같이, 제3 동기 검출 렌즈(180c)와 제3 동기 검출 센서(190c)가 추가적으로 마련된다면, 제3 동기 검출 센서(190c)를 통해 제3 광빔(L3)의 동기 신호를 검출함으로써 좀 더 정확한 동기 동작을 수행할 수 있다. 제4 광빔(L4)에 대해서도 마찬가지로 제4 동기 검출 렌즈(미도시)와 제4 동기 검출 센서(미도시)가 추가적으로 마련될 수 있음은 물론이다.
다음으로, 동기 검출 광학계에 대해 상술하기로 한다. 동기 검출 렌즈 및 동기 검출 센서의 구성 자체는 제1 내지 제4 광빔(L1, L2, L3, L4) 중 어느 광빔에서나 실질적으로 동일하므로, 이하 설명에서는 광빔은 참조번호 L, 동기 검출 렌즈는 참조번호 180, 동기 검출 센서는 참조번호 190으로 통칭한다.
도 4는 일 실시예에 따른 동기 검출 광학계의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면이다. 도 4를 참조하면, 동기 검출 렌즈(180)는 광 편향기(150)에 의해 편향 주사되는 광빔(L)의 주사 개시 위치의 타이밍을 조정하기 위해 동기 신호 검지용 광속을 동기 검출 센서(190)의 검출면(195) 상에 결상한다.
동기 검출 렌즈(180)는 광 편향기(150)의 편향면(151)과 동기 검출 센서(190)의 검출면(195)이 공액 관계(conjugation relation)를 가지도록 설계될 수 있다. 즉, 동기 검출 렌즈(180)는, 도 3에 도시된 바와 같이 부주사 단면을 기준으로 광빔(L)이 광 편향기(150)의 편향면(151)에서 결상될 때, 동기 검출 센서(190)의 검출면(195)에서 결상되도록 설계될 수 있다.
동기 검출 렌즈(180)는 제1 방향(181)의 굴절력과, 제1 방향(181)과 다른 제2 방향(182)의 굴절력이 서로 다른 적어도 하나의 아나모픽 렌즈일 수 있다. 동기 검출 렌즈(180)의 제2 방향(182)의 굴절력은, 광빔(L)이 동기 검출 센서(190)의 검출면(195)에서 적어도 부주사 방향으로 결상될 수 있도록, 동기 검출 렌즈(180)의 제1 방향(181)의 굴절력보다 크게 설계될 수 있다. 이때, 제1 방향(181)은 동기 검출 렌즈(180)의 광축(즉, Z 방향)에 직교하며, 주주사 방향(Y 방향)에 대해 시계 방향으로 △θ 의 각도로 경사진 방향일 수 있다. 제2 방향(182)은 광축과 제1 방향(181)에 동시에 직교하며, 부주사 방향(X 방향)에 대해 시계 방향으로 △θ 의 각도로 경사진 방향일 수 있다. 각도 △θ는 후술하는 수학식 9에서 주어지는 바와 같이, 근사적으로 광빔(L)이 광 편향기(150)에 입사하는 부주사 방향의 각도 β 및 주주사 방향의 각도 α로 결정될 수 있다. 이때, 도 1을 참조할 때, 제1 광빔(L1)에 대한 주주사 방향의 입사각 α1과 제3 광빔(L2)에 대한 주주사 방향의 입사각 α3은 서로 다를 수 있다.
동기 검출 센서(190)는 광 편향기(150)에서 편향 주사되는 광빔(L)의 일부를 검출하여 동기 신호를 생성하는 소자이며, 예를 들어, 포토 다이오드, 포토 센서 IC 등이 채용될 수 있다. 동기 검출 센서(190)의 검출면(195)은 일 방향으로 길게 연장된 장방형일 수 있다. 이때, 동기 검출 센서(190)는 검출면(195)의 폭 방향(191)이 주주사 방향(Y)에 대해 시계 방향으로 경사지고, 검출면(195)의 길이 방향(192)이 부주사 방향(Y)에 대해 경사지도록 배치될 수 있다. 검출면(195)의 길이 방향(192)은 장방형의 형상에서 길게 연장되는 방향을 지칭한다. 동기 검출 센서(190)의 경사 각도는 동기 검출 렌즈(180)의 경사 각도 △θ와 같을 수 있다.
동기 검출 렌즈(180)의 외형은, 입사면(183)(혹은 출사면)에서 보았을 때, 동기 검출 렌즈(180)의 수평 및 수직 방향의 정렬을 용이하게 하기 위하여 정사각형(혹은 직사각형)의 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 동기 검출 렌즈(180)의 제1 방향(181)은 외측면(185)에 대해 직교하지 않고 △θ 의 각도로 경사지도록 형성될 수 있다. 동기 검출 렌즈(180)의 외측면(185)은 주주사 방향(Y 방향)에 직교한 상태로 광 주사 장치(100)의 하우징(미도시)에 장착될 수 있는바, 이러한 장착은 통상적인 방식이므로, 기존의 하우징과 렌즈 홀더(미도시)를 그대로 이용할 수 있다.
다음으로, 도 1 내지 도 8을 참조하여 본 실시예의 광 주사 장치(100)의 동작을 설명하기로 한다.
도 5는 광 편향기(150)에 부주사 방향의 입사각 β로 경사 입사되는 광빔(L)의 광선도를 부주사 평면에서 보인 개략적인 도면이며, 도 6은 광 편향기(150)에 주주사 방향의 입사각 α으로 입사하는 광빔(L)의 편향 반사되는 광선도를 주주사 평면에서 보인 개략적인 도면이다. 이때, 주주사 방향의 입사각 α은, 도 1을 참조하여 볼 때, 제1 광빔(L1)이 제1 동기 검출 센서(190a)쪽으로 향할 때의 각도(표 1에서의 α1)이거나, 제3 광빔(L3)이 제3 동기 검출 센서(190c)쪽으로 향할 때의 각도(표 1에서의 α3)이다.
한편, 도 7은 도 1의 광 주사 장치(100)에서 광 편향기(150)에서 면쓰러짐이 발생된 경우를 도시하며, 도 8은 도 4의 동기 검출 광학계에서 주사되는 광빔(L)의 궤적을 도시한다. 도 5 및 도 6에서 N은 광 편향기(150)의 편향면(151)에 수직한 법선을 나타낸다.
광 편향기(150)에 입사하는 광빔(L)의 광선벡터를 P 라 할 때, 광 편향기(150)의 편향면(151)의 면쓰러짐이 없는 경우에 있어서 편향면(151)에 의해 반사된 광빔(L)의 광선벡터 Q(0)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112012089809067-pat00002
여기서, 광선벡터 P는 하기의 수학식 2로 나타낼 수 있다.
Figure 112012089809067-pat00003
Rx(α)는 광선벡터 P를 x축을 중심으로 각도 α를 회전시키는 연산자로서 하기의 수학식 3으로 나타낼 수 있다.
Figure 112012089809067-pat00004
마찬가지로, Ry(β)는 광선벡터 P를 y축을 중심으로 각도 β 를 회전시키는 연산자로서 하기의 수학식 4로 나타낼 수 있다.
Figure 112012089809067-pat00005
또한, Mz는 광선벡터 P의 z성분의 부호만을 반대로 바꾸어주는( 즉, 광선벡터 P를 z축에 법선이 편향면(151)에서 반사시키는) 연산자로서 하기의 수학식 5로 나타낼 수 있다.
Figure 112012089809067-pat00006
광 편향기(150)의 편향면(151)은 바닥면에 대해 수직할 것을 예정하고 있으나, 광 편향기(150)의 제조공차나 광 편향기(150)의 구동시 발생하는 요동 등을 이유로 광 편향기(150)의 구동 중에 편향면(151)이 경사되는 면쓰러짐 현상이 발생한다. 도 7과 같이 광 편향기(150)의 편향면(151)의 면쓰러짐이 각도 ε만큼 생겼을 경우, 편향면(151)에 의해 반사된 광빔(L)의 광선벡터 Q(ε)는 수학식 6으로 나타내어 진다.
Figure 112012089809067-pat00007
이때, 광 편향기(150)의 면쓰러짐에 의한 동기 검출 렌즈(180)의 입사면에서의 Q(0)와 Q(ε)의 광선벡터 이동량은 다음의 수학식 7로 주어진다.
Figure 112012089809067-pat00008
수학식 7을 참조하면, 광빔(L)의 X축 방향의 이동량 △x과 Y축 방향의 이동량 △y, 및 이동 각도 △θ는 각각 다음의 수학식 8 및 수학식 9로 주어진다.
Figure 112012089809067-pat00009
Figure 112012089809067-pat00010
Figure 112012089809067-pat00011
수학식 8은 광빔(L)의 X축 방향의 이동량 △x과 Y축 방향의 이동량 △y이 광 편향기(150)의 면쓰러짐 각도 ε에 근사적으로 비례함을 보여준다. 한편, 수학식 9는 광 편향기(150)의 면쓰러짐에 의해 광빔(L)이 이동한 각도 △θ는 면쓰러짐 각도 ε가 충분히 작을 때 광빔(L)이 광 편향기(150)에 입사하는 부주사 방향의 각도 β 및 주주사 방향의 각도 α로 결정되고, 면쓰러짐 각도 ε는 각도 △θ에 거의 영향을 끼지치 않음을 보여준다.
도 8은 상기와 같이 광 편향기(150)에 편향면(151)의 면쓰러짐이 발생한 경우의 동기 검출 렌즈(180)의 입사면 상의 광빔(L)의 궤적들(T1, T2)을 나타내고 있다. 궤적 T0는 광 편향기(150)의 면쓰러짐이 발생되지 않는 경우이다.
도 4에 도시되듯이, 광빔(L1)은 동기 검출 렌즈(180)의 중심부를 통과할 때, 동기 검출 센서(190)의 검출면(195)에 도달하게 되므로, 광빔(L1)이 궤적 T0를 따라 주사될 때 위치 S0에서 동기 신호가 발생된다고 이해될 수 있다.
한편, 광 편향기(150)의 면쓰러짐이 약간 발생된 경우, 광빔(L)의 이동으로 말미암아 이동 각도 △θ만큼 경사진 상태로 광빔(L)은 궤적 T1을 따라 주사된다. 이에 따라, 면쓰러짐이 없는 경우의 위치 S0는 면쓰러짐에 의해 S1으로 이동된다. 광 편향기(150)의 면쓰러짐이 좀 더 발생된 경우, 광빔(L)의 궤적은 T2로 바뀌고, S0에 대응되는 위치는 S2로 이동된다. 전술한 바와 같이, 동기 검출 센서(190)의 검출면(195)은 각도 △θ만큼 경사져 있으므로, 광 편향기(150)의 면쓰러짐에 의해 궤적이 변경되더라도, 위치 S1 혹은 위치 S2에서 동기 신호가 발생된다. 또한, 동기 검출 렌즈(180)는 서로 다른 굴절력을 가진 제1 방향(181)과 제2 방향(182)이 각도 △θ만큼 경사진 상태가 되도록 설계되어 있으므로, 상기와 같이 광 편향기(150)에 편향면(151)의 면쓰러짐이 발생하더라도, 위치 S1 혹은 위치 S2는 동기 검출 렌즈(180)의 중심점(즉, S0)에서 제2 방향(182)으로 이동할 뿐이며, 따라서 궤적 변동에 따른 동기 검출 렌즈(180)의 광학적 성능의 열화가 발생되지 않는다.
한편, 전술한 바와 같이, 광빔(L)은 입사 광학계의 실린드리컬 렌즈들(140ab, 140cd)에 의해 광 편향기(150)의 편향면에 부주사 방향으로 결상되며, 동기 검출 렌즈(180)에 의해 광 편향기(150)의 편향면과 제1 동기 검출 센서(190a)의 검출면(195)에서 공액 관계를 가지므로, 광 편향기(150)의 편향면의 면쓰러짐에 의한 주사 개시 위치 시각의 변동은 더욱 완화될 수 있다.
다음으로, 본 실시예의 광 주사 장치(100)의 구체적인 설계 데이터를 가지고 설명하기로 한다.
다음의 표 1 내지 표 3은 광 주사 장치(100)의 설계 데이터이다.
광 주사 장치 구성
유효 최대 화각[deg] θmax 35.1
유효 주사폭[mm] W 216
광 편향기에서 부주사 경사 입사각[deg] β 3
제1 동기 검출 렌즈로 향하는 광빔의 광 편향기에서 주주사 입사각[deg] α1 73.9
제3 동기 검출 렌즈로 향하는 광빔의 광 편향기에서 주주사 입사각[deg] α3 13.9
파장, 굴절률
사용파장[nm] λ 786.5
1차 및 2차 주사 렌즈의 굴절률 N1 1.537
동기 검출 렌즈의 굴절률 N2 1.486
결상 광학계 배치[mm]
광 편향기 편향면 ~ 1차 주사 렌즈 입사면 L1 29.2
1차 주사 렌즈 입사면 ~ 1차 주사 렌즈 렌즈 출사면 L2 10
1차 주사 렌즈 출사면 ~ 2차 주사 렌즈 입사면 L3 92.4
2차 주사 렌즈 입사면 ~ 2차 주사 렌즈 출사면 L4 5
2차 주사 렌즈 출사면 ~ 피주사면 L5 83.2
광 편향기 편향면 ~ 동기 검출 렌즈입사면 L6 97.5
동기 검출 렌즈입사면 ~ 동기 검출 렌즈출사면 L7 3
동기 검출 렌즈출사면 ~ 동기 검출 센서 L8 41
동기 검출 렌즈 입사면의 주/부주사 곡률반경 R1 21
동기 검출 렌즈 출사면의 부주사 곡률반경 R2 -43
한편, 1차 주사 렌즈(160ab, 160cd) 및 2차 주사 렌즈(170a, 170b, 170c, 170d) 각각의 입사/출사면의 비구면 형상은 다음의 수학식 10으로 표현될 수 있다.
Figure 112012089809067-pat00012
여기서, z는 주사 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리를, x는 광축에 대해 수직한 방향으로의 거리를, y는 주사 렌즈의 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. 이러한 수학식 10으로 표시되는 비구면식에서 계수들의 값은 다음의 표 2 및 표 3에서 주어진다. 표 2 및 표 3에서 주어지지 않은 계수들은 영(0)으로 간주된다.
　 　 1차 주사 렌즈[mm] 2차 주사 렌즈[mm]
　 　 입사면 출사면 입사면 출사면
　 R(=1/C1) -1.003E+02 -5.303E+01 -1.074E+03 3.984E+03
광
원
측		 A1 8.443E-03 6.768E-03 7.463E-04 3.834E-03
A2 -2.421E-04 -9.515E-04 -4.160E-05 -9.825E-05
A3 3.224E-06 3.136E-06 1.270E-06 1.411E-06
A4 1.748E-06 1.133E-06 2.606E-08 -1.753E-07
A5 -2.367E-08 -8.675E-09 2.674E-10 7.044E-10
A6 2.569E-10 4.232E-10 -2.894E-12 5.207E-12
A7 4.416E-12 6.741E-13 3.884E-14 6.494E-14
A8 -1.051E-12 -1.127E-13 -1.735E-16 -1.326E-15
A9 8.807E-15 -7.698E-15 -7.126E-18 3.140E-18
A10 2.230E-16 3.454E-17 2.867E-20 -1.849E-20
반
광
원
측		 A1 -8.443E-03 -6.768E-03 -7.463E-04 -3.834E-03
A2 -2.421E-04 -9.515E-04 -4.160E-05 -9.825E-05
A3 -3.224E-06 -3.136E-06 -1.270E-06 -1.411E-06
A4 1.653E-06 1.061E-06 9.982E-08 -9.847E-08
A5 -1.232E-08 -2.154E-09 -9.326E-11 8.224E-11
A6 4.586E-10 2.825E-10 3.267E-12 1.380E-11
A7 -6.775E-12 7.445E-12 -2.006E-14 7.874E-15
A8 -1.362E-12 -2.169E-13 -9.312E-16 -1.619E-15
A9 9.029E-16 -1.612E-14 -1.463E-18 1.304E-18
A10 7.009E-16 1.357E-16 3.609E-20 1.180E-20
　
　
　		 　 2차 주사 렌즈[mm]
　 입사면 출사면
C2 -1.375E-02 -4.337E-02
광
원
측		 E02 6.449E-05 -3.143E-03
E22 4.952E-07 1.376E-06
E42 1.738E-10 -6.556E-11
E62 -1.801E-14 1.462E-14
E82 -2.767E-18 -2.561E-18
E102 -1.245E-22 -3.268E-22
E04 2.243E-05 2.654E-05
E24 -6.812E-09 -5.866E-09
E44 -9.768E-13 3.105E-13
E64 -5.610E-17 -1.914E-16
E84 3.633E-20 -7.598E-21
E104 4.734E-24 8.556E-24
반
광
원
측		 E02 6.449E-05 -3.143E-03
E22 4.952E-07 1.376E-06
E42 1.291E-10 -8.604E-11
E62 -5.163E-15 2.032E-14
E82 1.735E-19 4.715E-19
E102 -3.964E-22 -5.652E-22
E04 2.243E-05 2.654E-05
E24 -6.812E-09 -5.866E-09
E44 -1.418E-12 3.304E-14
E64 1.049E-16 -1.231E-16
E84 3.313E-20 -1.337E-21
E104 2.266E-24 7.059E-24
표 2 및 표 3에서 비구면 계수는 주사 렌즈의 중심축을 중심으로 광원에 가까운 쪽의 광원측과, 광원에 먼 쪽의 반광원측으로 나누어 나타내었다. 즉, 도 1을 참조할 때, 피주사면(80)에 주사되는 광빔 중 광원(10)과 가까운 쪽의 광빔 구간(LO1~Lc)이 광원측에 해당되고, 광원(10)과 먼 쪽의 광빔 구간(Lc~ LO2)이 반광원측에 해당된다.
표 1에서 주어진 설계 데이터에 따르면, 제1 광빔(L1)의 경우를 살펴보면, α1=73.9도 및 β=3도이다. 이때, 광 편향기(150)의 면쓰럼짐이 ε=120초인 경우, 편향면(151)에 의해 반사된 제1 광빔(L1)의 광선벡터 Q(ε) 및 Q(0)를 계산해 보면 수학식 11과 같다.
Figure 112012089809067-pat00013
Figure 112012089809067-pat00014
이때, 광 편향기(150)의 면쓰러짐에 의한 동기 검출 렌즈(180)의 입사면에서 제1 광빔(L1)의 광선벡터 이동 각도 △θ는 수학식 9를 이용하면 10.3 도(deg)로 계산된다. 이에 따라, 제1 동기 검출 렌즈(180a)의 제1 방향(181)과 제2 방향(182)을 시계 방향으로 10.3 도 회전시키고, 제1 동기 검출 센서(190a) 역시 동일하게 회전시킨다.
제3 동기 검출 렌즈(180c) 및 제3 동기 검출 센서(190c)의 경우는, α1=73.9도를 대신하여 α3=13.9도를 인용하여 계산하면 경사 각도 △θ가 계산될 수 있다.
본 실시예는 이와 같이 동기 검출 렌즈(180) 및 동기 검출 센서(190)를 회전시킴에 따라, 광 편향기(150)의 면쓰러짐에 의한 주사 개시 위치 변동량이 0.02um 수준으로 감소됨이 확인되었다. 반면에, 상기와 같은 설계 데이터로 설계되나 동기 검출 렌즈(180) 및 동기 검출 센서(190)가 회전되지 않은 종래의 동기 검출 광학계는, 광 편향기(150)의 면쓰러짐에 의한 주사 개시 위치 변동량이 10.6μm에 달하여, 600dpi에서 1/4 도트 수준의 지터(jitter)를 발생시켜 화상 품질의 저하를 일으킴이 확인되었다.
도 9는 도 1의 광 주사 장치에서 다른 실시예에 따른 동기 검출 광학계의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예의 동기 검출 렌즈(180') 자체는 제1 방향(181')은 외측면(185')에 대해 직교하는 통상적인 아나모픽 렌즈이다. 다만, 동기 검출 렌즈(180')가 주사 장치(100)의 하우징(미도시)에 조립될 때 동기 검출 렌즈(180')의 제1 방향(181')이 주주사 방향(Y 방향)에 대해 △θ 각도로 경사지도록, 동기 검출 렌즈(180')는 회전된 상태로 장착된다. 동기 검출 렌즈(180') 자체는 기존의 광 주사 장치에 사용되는 아나모픽 렌즈를 그대로 사용할 수 있으며, 다만 동기 검출 렌즈(180')가 △θ 각도로 회전된 상태로 장착되도록 동기 검출 렌즈(180')의 장착 부위가 설계될 것이다.
본 실시예에 따른 동기 검출 광학계는 동기 검출 렌즈(180')의 외형을 제외한 나머지 점들(예를 들어, 각도△θ의 결정 방법이나, 동기 검출 센서(190)의 배치 등)은 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다. 본 실시예는 이와 같이 동기 검출 렌즈(180') 자체를 회전시킨 상태로 장착함으로써 전술한 실시예와 실질적으로 동일한 효과를 얻을 수 있다.
도 10은 도 1의 광 주사 장치에서 또 다른 실시예에 따른 동기 검출 광학계의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예의 동기 검출 렌즈(180)는 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한 실시예에서의 동기 검출 렌즈(180)와 실질적으로 동일하다. 다만, 동기 검출 센서(190')는 검출면(195')의 폭 방향(191')이 주주사 방향(Y)을 향하도록 하고, 검출면(195')의 길이 방향(192')이 부주사 방향(Y)을 향하도록 배치된다. 이 경우도, 도 8을 참조하여 설명한 바와 같이, 동기 검출 렌즈(180)가 제1 방향(181)과 제2 방향(182)이 각도 △θ만큼 경사진 상태가 되도록 설계되어 있으므로, 상기와 같이 광 편향기(150)에 편향면(151)의 면쓰러짐이 발생하더라도, 동기 검출되는 광빔(L)의 위치 S0, S1, S2는 동기 검출 렌즈(180)의 중심점에서 제2 방향(182)으로 이동할 뿐이며, 따라서 궤적 변동에 따른 동기 검출 렌즈(180)의 광학적 성능의 열화가 발생되지 않는다.
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), 현상 장치(200), 중간 전사 벨트(300), 제1 및 제2 전사 롤러(310, 320) 및 정착 장치(400)를 구비하며, 이들은 캐비넷(600) 내에 수용된다.
광 주사 장치(100)는 복수의 광빔을 주사하는 장치로서, 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명한 실시예들의 광 주사 장치일 수 있다. 예를 들어, 광 주사 장치(100)는 흑색(K), 마젠타(M), 엘로우(Y), 시안(C)의 색상에 대응되는 4개의 광빔들을 주사할 수 있다.
현상 장치(200)는 복수의 광빔에 대응되어 컬러별로 마련될 수 있다. 예를 들어, 현상 장치(200)는 흑색(K), 마젠타(M), 엘로우(Y), 시안(C)의 색상별로 하나씩 마련될 수 있다. 현상장치(200)은 각 컬러별로 정전잠상이 형성되는 화상수용체인 감광 드럼(210)과 정전잠상을 현상시키기 위한 현상 롤러(220)를 각각 구비한다.
감광 드럼(210)은 감광체의 일 예로서, 원통형 금속 파이프의 외주면에 소정 두께의 감광층이 형성된 것이다. 감광 드럼(210)의 외주면은 피주사면이 된다. 감광 드럼(210)은 현상 장치(200)의 외부로 노출되어, 부주사 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치된다. 감광 드럼(210)을 대신하여 벨트 형태의 감광 벨트가 감광체로서 채용될 수도 있다.
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(230)에는 대전바이어스가 인가된다. 대전 롤러(230) 대신에 코로나 대전기(미도시)가 사용될 수도 있다. 현상 롤러(220)는 그 외주에 토너를 부착시켜 감광 드럼(210)으로 공급한다. 현상 롤러(220)에는 토너를 감광 드럼(210)으로 공급하기 위한 현상 바이어스가 인가된다. 도시되지는 않았지만, 현상 장치(200) 각각에는 그 내부에 수용된 토너를 현상 롤러(220)로 부착시키는 공급 롤러, 현상 롤러(220)에 부착된 토너의 양을 규제하는 규제 수단, 그 내부에 수용된 토너를 공급 롤러 및/또는 현상 롤러(220) 쪽을 이송시키는 교반기(미도시) 등을 더 설치될 수 있다.
중간 전사 벨트(300)는 현상 장치(200)의 외부로 노출된 감광 드럼(210)의 외주면과 대면된다. 중간 전사 벨트(300)는 감광 드럼(210)의 토너 화상을 용지(P)로 전달하는 중간 전사체의 일예이다. 중간 전사 벨트(560)를 대신하여, 중간 전사 드럼이 중간 전사체로 사용될 수도 있을 것이다. 중간 전사 벨트(560)는 감광드럼(520)과 접촉되어 순환주행된다. 4개의 제1 전사롤러(310)는 용지 반송 벨트(20)를 사이에 두고 각 감광드럼(210)과 대면되는 위치에 배치된다. 제1 전사롤러(310)에는 제1 전사 바이어스가 인가되어, 중간 전사 벨트(300)로 감광 드럼(210)의 토너화상이 전사되도록 한다.
제2 전사 롤러(320)는 중간 전사 벨트(300)에 대면되면서 그 사이에 용지(P)가 지나가도록 배치된다. 제2 전사 롤러(320)에는 중간 전사 벨트(300)의 토너 화상이 용지(P)로 전사되도록 제2 전사 바이어스가 인가된다.
상술한 바와 같은 구성에 의한 컬러 화상 형성 과정을 설명한다.
각 현상 장치(200)의 감광 드럼(210)은 대전 롤러(230)에 인가된 대전 바이어스에 의하여 균일한 전위로 대전된다.
광 주사 장치(100)는 감광 드럼(210)의 피주사면을 길이방향, 즉 주주사 방향으로 노광시킨다. 감광 드럼(210)의 회전에 따라 피주사면이 부주사 방향으로 이동하며, 이에 따라 4개의 감광 드럼(210) 각각의 피주사면에는 흑색(K), 마젠타(M), 엘로우(Y), 시안(C) 색상의 화상정보에 대응되는 2차원의 정전 잠상이 형성된다. 여기서, 부주사 방향은 주주사 방향에 수직한 방향이다. 4개의 현상 장치(200)는 각각 흑색(K), 마젠타(M), 엘로우(Y), 시안(C)의 색상의 토너를 감광드럼(210)에 공급하여 흑색(K), 마젠타(M), 엘로우(Y), 시안(C)의 색상의 토너화상을 형성시킨다.
감광드럼(210)에 각각 형성된 흑색(K), 마젠타(M), 엘로우(Y), 시안(C)의 색상의 토너화상들은 제1 전사 롤러(310)에 인가되는 제1 전사 바이어스에 의하여 중간 전사 벨트(300)로 서로 겹쳐지면 전사되어 컬러 토너 화상을 형성한다.
토너를 최종적으로 수용하는 매체, 예를 들면 용지(P)는 픽업 롤러(610) 및 이송 롤러(620)에 의하여 이송되어 중간 전사 벨트(300) 및 제2 전사 롤러(320)의 사이로 인입된다. 중간 전사 벨트(300)에 전사된 컬러 토너 화상은, 제2 전사 롤러(320)에 인가되는 제2 전사 바이어스에 의하여 중간 전사 벨트(300) 상의 토너 화상은 용지(P)로 전사된다. 용지(P)에 전사된 컬러 토너 화상은 정전기적인 힘에 의하여 용지(P)의 표면에 유지된다. 컬러 토너 화상이 전사된 용지(P)는 정착 장치(400)로 보내어진다. 용지(P)로 전사된 컬러 토너 화상이 정착 장치(400)의 정착닙에서 열과 압력을 받아 용지(P)에 정착된다. 정착이 완료된 용지(P)는 배출 롤러(630)에 의하여 화상 형성 장치 밖으로 배출된다.
본 실시예의 화상 형성 장치는 컬러화상을 형성하는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 가령, 흑백의 단색화상을 형성하는 경우, 광 주사 장치(100)는 하나의 광빔을 주사하며, 현상 장치(220)는 하나의 광빔에 대해서만 마련될 수 있을 것이다. 나아가, 본 실시예의 화상 형성 장치에서 광 주사 장치(100)를 제외한 나머지 구성 요소들, 즉 현상 장치(200), 중간 전사 벨트(300), 제1 및 제2 전사 롤러(310, 320), 정착 장치(400) 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 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 110a, 110b, 110c, 110d : 광원
150 : 광 편향기 160 : 1차 주사 렌즈
170 : 2차 주사 렌즈 180, 180' : 동기 검출 렌즈
190, 190' : 동기 검출 센서 195 : 수광부
200...현상장치 210...감광드럼
220...현상롤러 230...대전기
300...중간전사벨트 310, 320...전사롤러
400...정착장치 L1, L2, L3, L4...광빔
P...용지

Claims (24)

  1. 화상신호에 따라 광빔을 출사하는 광원;
    상기 광원에서 출사된 광빔을 편향하여 주사하는 광 편향기; 및
    상기 광 편향기에서 편향 주사되는 광빔의 일부를 수광하여 동기 신호를 검출하는 동기 검출 센서와, 상기 광 편향기와 상기 동기 검출 센서 사이에 배치되는 동기 검출 렌즈를 구비한 동기 검출 광학계;를 포함하며,
    상기 동기 검출 렌즈는 제1 방향의 굴절력과, 상기 제1 방향과 다른 제2 방향의 굴절력이 서로 다른 아나모픽 렌즈이며, 상기 동기 검출 렌즈의 제1 방향은 상기 동기 검출 렌즈에 입사되는 광빔의 주사되는 방향인 주주사 방향에 대해 경사지며,
    상기 주주사 방향에 직교하는 부주사 단면에서 볼 때, 상기 광원에서 출사된 광빔은 상기 광 편향기의 편향면에 경사지게 입사시키며,
    상기 동기 검출 렌즈의 제1 방향과 상기 주주사 방향 사이의 각도 △θ는, 상기 동기 검출 렌즈로 향하는 광빔의 상기 광 편향기에 대한 상기 주주사 방향의 입사각 α 및 부주사 방향의 입사각 β에 의해 다음의 수학식으로 주어지는 광 주사 장치.
    <수학식>
    Figure 112018094714491-pat00027
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 동기 검출 렌즈의 제1 방향과 상기 주주사 방향 사이의 각도 △θ는, 상기 광 편향기의 면쓰러짐의 크기에 대해 독립적인 광 주사 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 동기 검출 렌즈의 제1 방향과 상기 주주사 방향 사이의 각도 △θ는 광빔의 상기 광 편향기에 대한 부주사 방향의 입사각 β보다 큰 광 주사 장치.
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 동기 검출 센서는 장방형의 검출면을 가지며, 상기 검출면의 폭 방향은 상기 수학식으로 주어진 각도 △θ로 경사진 광 주사 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    광빔의 상기 광 편향기에 대한 부주사 방향의 입사각 β는 0도 내지 10도의 범위 내에 있는 광 주사 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    광빔의 상기 광 편향기에 대한 부주사 방향의 입사각 β는 2도 내지 4도의 범위 내에 있는 광 주사 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 동기 검출 렌즈의 제1 방향과 상기 주주사 방향 사이의 각도 △θ는 3도 내지 20도의 범위 내에 있는 광 주사 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 동기 검출 센서는 장방형의 검출면을 가지며, 상기 검출면의 폭 방향은 상기 주주사 방향에 대해 경사진 광 주사 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 동기 검출 렌즈의 제1 방향과 상기 검출면의 폭 방향은 서로 평행한 광 주사 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 동기 검출 센서는 장방형의 검출면을 가지며, 상기 검출면의 폭 방향은 상기 주주사 방향에 대해 평행한 광 주사 장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 동기 검출 렌즈의 제1 방향은 상기 동기 검출 렌즈의 광축에 직교하며, 상기 동기 검출 렌즈의 제2 방향은 상기 동기 검출 렌즈의 광축 및 제1 방향에 동시에 직교하는 광 주사 장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 동기 검출 렌즈의 제2 방향의 굴절력이 상기 동기 검출 렌즈의 제1 방향의 굴절력보다 큰 광 주사 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 동기 검출 렌즈는 제2 방향의 굴절력에 의해 광빔을 상기 동기 검출 센서의 검출면에 부주사 방향으로 결상시키는 광 주사 장치.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 주주사 방향에 직교하는 부주사 단면에서 볼 때, 상기 동기 검출 광학계는 상기 광 편향기의 편향면과 상기 동기 검출 센서의 검출면에 대하여 공액 관계를 갖는 광 주사 장치.
  17. 제1 항에 있어서,
    상기 아나모픽 렌즈의 외측면들 중 적어도 한 외측면은 주주사 방향에 직교하며, 상기 아나모픽 렌즈의 제1 방향은 상기 주주사 방향에 직교하는 외측면에 대해 경사진 광 주사 장치.
  18. 제1 항에 있어서,
    상기 아나모픽 렌즈의 외측면들 중 적어도 한 외측면은 상기 제1 방향에 직교하며, 상기 제1 방향에 직교하는 외측면은 상기 주주사 방향에 경사진 광 주사 장치.
  19. 제1 항에 있어서,
    상기 광원은 제1 및 제2 광빔을 각각 출사하는 제1 및 제2 광원을 포함하며,
    상기 제1 및 제2 광빔은, 상기 주주사 방향에 직교하는 부주사 단면에서 볼 때, 상기 광 편향기의 일 편향면에 서로 다른 각도로 입사하며,
    상기 동기 검출 광학계는 상기 제1 광빔의 동기 신호를 검출하는 제1 동기 검출 광학계와 상기 제2 광빔의 동기 신호를 검출하는 제2 동기 검출 광학계 중 적어도 어느 하나를 포함하는 광 주사 장치.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 광원은 제3 및 제4 광빔을 각각 출사하는 제3 및 제4 광원을 더 포함하며,
    상기 제3 및 제4 광빔은, 상기 주주사 방향에 직교하는 부주사 단면에서 볼 때, 상기 광 편향기의 상기 제1 및 제2 광빔을 편향시키는 편향면과 다른 편향면에 서로 다른 각도로 입사하며,
    상기 동기 검출 광학계는 상기 제3 광빔의 동기 신호를 검출하는 제3 동기 검출 광학계와 상기 제4 광빔의 동기 신호를 검출하는 제4 동기 검출 광학계 중 적어도 어느 하나를 포함하는 광 주사 장치.
  21. 제1 항에 있어서,
    상기 동기 검출 광학계는 상기 광 편향기에서 편향 주사되는 광 중 일 주사선의 시작단 쪽에 배치되는 광 주사 장치.
  22. 제1 항에 있어서,
    상기 광원과 상기 광 편향기 사이에 배치되는 입사 광학계를 더 포함하는 광 주사 장치.
  23. 제1 항에 있어서,
    상기 광 편향기에 의해 편향 주사되는 광빔을 피주사면에 결상시키는 결상 광학계를 더 포함하는 광 주사 장치.
  24. 감광체;
    상기 감광체의 피주사면에 광빔을 주사하여 정전잠상을 형성하는 것으로서, 상기 제1 항 또는 제3항 또는 제4항 또는 제6항 내지 제23 항 중 어느 한 항에 기재된 광 주사 장치; 및
    상기 감광체에 형성된 정전잠상에 토너를 공급하여 현상시키는 현상 장치;를 포함하는 전자 사진 방식의 화상 형성 장치.
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