KR102021173B1 - 광 주사 장치 - Google Patents

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Abstract

제1 및 제2 편향면에 의해 광속을 편향시켜 제1 및 제2 피주사면을 주주사 방향으로 주사하는 편향기와; 편향된 광속을 제1 및 제2 피주사면에 도광하는 제1 및 제2 결상 광학계와; 부주사 단면 내에서 제1 편향면에 광속을 사입사시키는 입사 광학계를 포함하고, 제1 결상 광학계는, 광축을 포함하는 부주사 단면 내에서의 입사면의 곡률 반경의 절대값이 출사면의 곡률 반경의 절대값보다 작은 제1 광학 소자를 포함하고, 제1 광학 소자의 입사면은, 광축을 포함하는 부주사 단면 내에서, 입사면에 입사하는 광속을, 편향기를 포함하는 주주사 단면으로부터 이격되는 방향을 향해 반사시키는, 광 주사 장치가 제공된다.

Description

광 주사 장치{OPTICAL SCANNING APPARATUS}
본 발명은 광 주사 장치에 관한 것이다. 광 주사 장치는, 특히 레이저 빔 프린터, 디지털 복사기, 및 다기능 프린터 등의 화상 형성 장치에 적합하다.
최근, 각 색에 대응해서 배치된 복수의 광원으로부터 사출된 복수의 광속을, 단일 회전 다면경에 의해 편향시키도록 구성되고, 각 광속에 대응해서 배치된 복수의 결상 광학계를 사용하여 각 감광 드럼을 주사하도록 구성되는 광 주사 장치를 구비한 탠덤형의 컬러 화상 형성 장치가 실용화되고 있다.
상기와 같은 광 주사 장치를 사용하는 경우, 어떤 색에 대응하는 감광 드럼을 주사하도록 구성되는 제1 결상 광학계에 포함되는 결상 렌즈의 표면에서 반사된 플레어 광이, 다른 색에 대응하는 감광 드럼을 주사하도록 구성되는 제2 결상 광학계에 입사해버릴 수 있다. 이에 의해, 원래 주사하고 싶은 감광 드럼과 상이한 감광 드럼이 주사될 수 있다. 이는 선의 발생 및 농도 불균일과 같은 화상 불량 문제를 초래할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서는, 결상 렌즈의 표면에 반사 방지막을 증착을 통해 도포하는 것이 생각된다. 반사 플레어 광은 반사 방지막의 도포에 의해 저감될 수 있다. 그러나, 최근에는, 광 주사 장치의 경량화 및 비용 절감을 위해서, 결상 렌즈로서 플라스틱 렌즈가 자주 사용되고 있고, 그러한 플라스틱 결상 렌즈의 표면에 반사 방지막을 증착을 통해 도포하는 것은 실행하기가 곤란하다.
일본 특허 출원 공개 공보 번호 2005-4050에는, 하우징에 반사 플레어 광을 차광하는 차광 부재를 배치한 광 주사 장치가 기재되어 있다. 차광 부재에 의해, 어떤 색에 대응하는 감광 드럼을 주사하도록 구성된 제1 결상 광학계에 의해 반사된 플레어 광이 다른 색에 대응하는 감광 드럼에 도달하는 것이 방지된다.
그러나, 일본 특허 출원 공개 공보 번호2005-4050에 기재되어 있는 광 주사 장치에서는, 결상 렌즈 등이 원하는 위치에서 어긋난 위치에 장착되었을 경우에, 반사 플레어 광의 광로가 변화하여 차광 부재를 통과해버리는 우려가 있다. 이러한 반사 플레어 광의 통과를 방지하기 위해서는, 차광 부재의 개구부를 가능한 한 좁게 설정하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이 경우, 본래 주사하려고 한 감광 드럼을 주사하기 위한 유효 광속 또한 차광될 수 있다.
또한, 일본 특허 출원 공개 공보 번호 2009-192680에는, 차광 부재와 플레어 광을 발생시키는 결상 렌즈의 광학면 사이에 정의 굴절력을 갖는 결상 광학 소자를 배치하고 있는 광 주사 장치가 기재되어 있다. 이에 의해, 차광 부재에 도달하는 반사 플레어 광을 수렴 광속으로 변환하고, 이에 의해 결상 렌즈 등의 조립 오차에 의한 차광 부재 상에서의 반사 플레어 광의 통과 위치의 변화를 저감하고 있다.
그러나, 하나의 결상 광학계에 착안했을 경우, 정의 굴절력을 갖는 2개의 결상 광학 소자가 배치되어 있기 때문에, 그 결상 광학계의 부주사 배율은 높아진다. 결과로서, 결상 렌즈 등의 조립 오차에 의한 결상 성능의 열화가 악화될 수 있는 우려가 발생한다.
그러므로, 본 발명에 따르면, 조립 오차 등에 의한 제1 결상 광학계의 제1 광학 소자의 위치의 변화가 있어도, 해당 제1 광학 소자에 의해 반사된 플레어 광이 제2 결상 광학계에 입사하는 것을 방지할 수 있는 광 주사 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제1 및 제2 편향면에 의해 광속을 편향시켜서 제1 및 제2 피주사면을 주주사 방향으로 주사하도록 구성되는 편향기와; 상기 제1 및 제2 편향면에 의해 편향되는 광속을 상기 제1 및 제2 피주사면에 도광하도록 구성되는 제1 및 제2 결상 광학계와; 부주사 단면 내에서 상기 제1 편향면에 광속을 사입사시키도록 구성되는 입사 광학계를 포함하고, 상기 제1 결상 광학계는, 광축을 포함하는 상기 부주사 단면 내에서의 입사면의 곡률 반경의 절대값이 출사면의 곡률 반경의 절대값보다 작은 제1 광학 소자를 포함하며, 상기 제1 광학 소자의 입사면은, 상기 광축을 포함하는 부주사 단면 내에서, 상기 입사면에 입사하는 광속을, 상기 편향기를 포함하는 주주사 단면으로부터 이격되는 방향을 향해 반사시키도록 구성되는, 광 주사 장치가 제공된다.
본 발명의 추가적인 특징은 첨부된 도면을 참고한 예시적인 실시형태에 대한 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 광 주사 장치의 주주사 단면도이다.
도 2는 제1 실시형태에 따른 광 주사 장치의 결상 광학계의 부주사 단면도이다.
도 3a는 제1 실시형태에 따른 광 주사 장치의 결상 광학계의 일부의 부주사 단면도이다.
도 3b는 제1 실시형태에 따른 광 주사 장치의 결상 광학계의 일부의 부주사 단면도이다.
도 4a는 비교예 1에 따른 제2 결상 렌즈의 부주사 단면도이다.
도 4b는 비교예 2에 따른 제2 결상 렌즈의 부주사 단면도이다.
도 5는, 제1 실시형태에 따른 광 주사 장치의 제2 결상 렌즈에서, 제2 결상 렌즈에 입사하는 광속의 부주사 방향의 면 정점으로부터의 입사 높이의 변화(Δz) 및 광속의 입사 높이의 변화에 의한 광속의 입사 위치에서의 제2 결상 렌즈의 광학면의 법선 각도의 변화(Δφ)를 도시하는 도면이다.
도 6a는, 제2 결상 렌즈가 0.7mm만큼 부주사 방향 하방으로 시프트될 때의, 제1 실시형태에 따른 광 주사 장치의 결상 광학계의 일부의 부주사 단면도이다.
도 6b는, 제2 결상 렌즈가 0.7mm만큼 부주사 방향 하방으로 시프트될 때의, 제1 실시형태에 따른 광 주사 장치의 결상 광학계의 일부의 부주사 단면도이다.
도 7a는, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 광 주사 장치의 결상 광학계의 일부의 부주사 단면도이다.
도 7b는 제2 실시형태에 따른 광 주사 장치의 결상 광학계의 일부의 부주사 단면도이다.
도 8a는, 제2 결상 렌즈가 0.7mm만큼 부주사 방향 하방으로 시프트될 때의, 제2 실시형태에 따른 광 주사 장치의 결상 광학계의 일부의 부주사 단면도이다.
도 8b는, 제2 결상 렌즈가 0.7mm만큼 부주사 방향 하방으로 시프트될 때의, 제2 실시형태에 따른 광 주사 장치의 결상 광학계의 일부의 부주사 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시형태에 따른 광 주사 장치를 포함하는 컬러 화상 형성 장치의 관련 부분을 모식적으로 나타내기 위한 부주사 단면도이다.
이제, 본 발명의 실시형태에 따른 광 주사 장치에 대해서 첨부된 도면을 참고하여 설명한다. 이하에서 참조되는 도면은 본 발명을 용이하게 이해할 수 있도록 하기 위해서 실제와 다른 축척으로 그려지는 경우가 있다는 것을 유의하라.
이하의 설명에서, 주주사 방향은 편향기의 회전축 및 결상 광학계의 광축에 수직한 방향에 대응하고, 부주사 방향은 편향기의 회전축에 평행한 방향에 대응한다. 또한, 주주사 단면은 부주사 방향에 수직한 단면에 대응하고, 부주사 단면은 주주사 방향에 수직한 단면에 대응한다.
[제1 실시형태]
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 광 주사 장치(100)의 주주사 단면도이다. 도 2는 제1 실시형태에 따른 광 주사 장치(100)의 결상 광학계의 부주사 단면도이다. 도 1에서는, 반사 미러(M1, M2, M3, M'1, M'2, 및 M'3)에 의한 광로의 반사가 전개되고, 각 반사 미러가 생략된다는 것을 유의해야 한다.
광 주사 장치(100)는, 광원(1A, 1B, 1C, 1D), 커플링 렌즈(2A, 2B, 2C, 2D), 원통형 렌즈(3A, 3B, 3C, 3D), 부주사 조리개(다이어프램)(41) 및 주주사 조리개(42)를 포함한다. 또한, 광 주사 장치(100)는, 편향기(5), 제1 결상 렌즈(61, 62), 제2 결상 렌즈(제1 광학 소자)(7A, 7B, 7C, 7D), 방진 유리(9A, 9B, 9C, 9D) 및 반사 미러(M1, M2, M3, M'1, M'2, M'3)를 포함한다.
본 실시형태에서는, 광원(1A 내지 1D), 커플링 렌즈(2A 내지 2D), 원통형 렌즈(3A 내지 3D), 부주사 조리개(41) 및 주주사 조리개(42)가 입사 광학계를 구성한다.
또한, 본 실시형태에서는, 제1 결상 렌즈(61, 62), 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D), 방진 유리(9A 내지 9D) 및 반사 미러(M1 내지 M'3)가 결상 광학계를 구성한다.
광원(1A 및 1B)은 각각 출사된 광속과 주주사 단면 사이에서 형성되는 각이 -2.7° 및 +2.7°의 미리결정된 각도를 취하도록 배치된다. 이 후, 이 구성을, 편향기(5)의 제1 반사면(51)에 대하여 -2.7° 및 +2.7°의 미리결정된 각도에서의 사입사로서 기재한다(부주사 사입사 광학계).
마찬가지로, 광원(1C 및 1D)은 각각 출사된 광속과 주주사 단면 사이에 형성되는 각이 +2.7° 및 -2.7°의 미리결정된 각도를 취하도록 배치된다. 이후, 이 구성을, 편향기(5)의 제2 반사면(52)에 대하여 +2.7° 및 -2.7°의 미리결정된 각도에서의 사입사로서 기재한다.
부주사 조리개(41)는 각 광원에 대응한 4개의 개구를 갖는다. 또한, 주주사 조리개(42)는, 광원(1A, 1B)에 대응한 1개의 개구 및 광원(1C, 1D)에 대응한 1개의 개구의, 총 2개의 개구를 갖는다.
본 실시형태에서는, 커플링 렌즈(2A 내지 2D) 및 원통형 렌즈(3A 내지 3D)를 포함하는 2종류의 광학 소자를 사용하고 있다. 그러나, 광학 소자는 이에 한정되지 않는다. 주주사 방향과 부주사 방향에서 상이한 파워를 갖는 애너모픽 콜리메이터 렌즈(anamorphic collimator lens) 같은 1종류의 광학 소자를 사용할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 광원(1A 및 1B)으로부터 출사된 광속은 각각 커플링 렌즈(2A 및 2B)에 의해 실질적으로 평행한 광속으로 변환된다. 그 후, 광속은 각각 원통형 렌즈(3A 및 3B)에 입사하고 부주사 방향으로만 굴절된다. 여기에서, 실질적으로 평행한 광속은 약 발산 광속, 약 수렴 광속 및 평행 광속을 포함한다.
원통형 렌즈(3A 및 3B)를 통과한 광속은, 부주사 조리개(41)에 의해 부주사 방향을 따라서 광속 형상(부주사 방향의 광속 폭)이 규제되고, 주주사 조리개(42)에 의해 주주사 방향을 따라서 광속 형상(주주사 방향의 광속 폭)이 규제된다. 규제된 광속은, 편향기(5)의 제1 반사면(제1 편향면)(51) 상에 부주사 방향으로만 집광되고, 주주사 방향으로 긴 선상으로서 결상된다.
마찬가지로, 도 1에 도시된 바와 같이, 광원(1C 및 1D)으로부터 출사된 광속은 각각 커플링 렌즈(2C 및 2D)에 의해 실질적으로 평행한 광속으로 변환된다. 그 후, 광속은 각각 원통형 렌즈(3C 및 3D)에 입사하고 부주사 방향으로만 굴절된다.
원통형 렌즈(3C 및 3D)를 통과한 광속은, 부주사 조리개(41)에 의해 부주사 방향을 따라서 광속 형상(부주사 방향의 광속 폭)이 규제되고, 주주사 조리개(42)에 의해 주주사 방향을 따라서 광속 형상(주주사 방향의 광속 폭)이 규제된다. 규제된 광속은, 편향기(5)의 제2 반사면(제2 편향면)(52) 상에 부주사 방향으로만 집광되고, 주주사 방향으로 긴 선상으로서 결상된다.
광원(1A)으로부터 출사되고, 제1 반사면(51)에 의해 반사되고 편향된 광속(RA)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 결상 렌즈(61), 제2 결상 렌즈(7A), 반사 미러(M1) 및 방진 유리(9A)를 통과하고 피주사면(8A) 위에 광 스폿으로서 결상된다(도광된다).
마찬가지로, 광원(1B)으로부터 출사되고, 제1 반사면(51)에 의해 반사되고 편향된 광속(RB)은, 제1 결상 렌즈(61), 반사 미러(M2), 제2 결상 렌즈(7B), 반사 미러(M3) 및 방진 유리(9B)를 통과하고, 피주사면(8B) 위에 광 스폿으로서 결상된다(도광된다).
편향기(5)는, 모터(도시되지 않음)에 의해 도 1 중 화살표 방향으로 회전됨으로써, 피주사면(8A 및 8B) 상을 광 스폿이 7a 방향으로 주사하고, 이에 의해 그 위에 정전 잠상이 형성된다.
또한, 광원(1C)으로부터 출사되고, 그 후 제2 반사면(52)에 의해 반사되고 편향된 광속(RC)은, 제1 결상 렌즈(62), 반사 미러(M'2), 제2 결상 렌즈(7C), 반사 미러(M'3) 및 방진 유리(9C)를 통과하며, 피주사면(8C) 위에 광 스폿으로서 결상된다(도광된다).
마찬가지로, 광원(1D)으로부터 출사되고, 제2 반사면(52)에 의해 반사되고 편향된 광속(RD)은, 제1 결상 렌즈(62), 제2 결상 렌즈(7D), 반사 미러(M'1) 및 방진 유리(9D)를 통과하며, 피주사면(8D) 위에 광 스폿으로서 결상된다(도광된다).
편향기(5)는, 모터(도시되지 않음)에 의해 도 1 중 화살표 방향으로 회전됨으로써, 피주사면(8C 및 8D) 상을 광 스폿이 7b 방향으로 주사하고, 이에 의해 그 위에 정전 잠상이 형성된다.
본 실시형태에 따른 광 주사 장치(100)를 탠덤형의 컬러 화상 형성 장치에 사용하는 경우에는, 4개의 피주사면(8A, 8B, 8C, 8D)의 위치에 각각 옐로우, 마젠타, 시안, 및 블랙을 포함하는 4개의 상이한 색을 위한 감광 드럼이 배치된다.
제1 결상 렌즈(61 및 62)는 각각 광속(RA, RB) 및 광속(RC, RD)이 그것을 통과하도록 편향기(5)에 대해 대칭으로 배치되어 있다.
또한, 각 광로에 개별적으로 배치된 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D) 중, 제2 결상 렌즈(7A 및 7B)는 동일한 형상을 갖고 서로 광로에 대하여 부주사 방향으로 반전되도록 배치된다. 마찬가지로, 제2 결상 렌즈(7C 및 7D)는, 동일한 형상을 갖고, 서로 광로에 대하여 부주사 방향으로 반전되도록 배치된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 피주사면(8A 및 8B)에 광속을 집광하도록 구성되는 결상 광학계와 피주사면(8C 및 8D)에 광속을 집광하도록 구성되는 결상 광학계에, 상이한 좌표계의 정의가 부여된다는 것을 유의해야 한다.
이어서, 본 실시형태에 따른 광 주사 장치(100)에 포함되는 각 광학계의 다양한 특성을 표 1에 나타낸다. 여기서, "E±x"는 "10±x"를 나타낸다. 또한, 특별히 표기되지 않는 계수는 모두 0이다.
Figure 112016107795684-pat00001
Figure 112016107795684-pat00002
제1 결상 렌즈(61 및 62) 및 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 각 광학면에서는, 모선 형상(주주사 단면 내의 형상)은 식 (1)로 표현된다.
Figure 112016107795684-pat00003
...(1)
식 (1)에서는, 각 광학면과 광축 사이의 교점을 원점으로 하고, 광축 방향을 X축, 주주사 방향에서 광축과 직교하는 축을 Y축, 부주사 방향에서 광축과 직교하는 축을 Z축이라고 하고 있다.
또한, R은 곡률 반경을 나타내고, K는 이심율을 나타내고, B4, B6, B8, B10 및 B12는 각각 4차, 6차, 8차, 10차 및 12차의 모선의 비구면 계수를 나타낸다.
또한, 제1 결상 렌즈(61 및 62) 및 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 각 광학면에서, 자선 형상(부주사 단면 내의 형상)은 식 (2)로 표현된다.
Figure 112016107795684-pat00004
...(2)
여기서, 자선 곡률 반경(r')은, 광축상(Y=0)에서의 자선의 곡률 반경(r)에 대하여 주주사 방향의 위치(Y)를 따라서 변화하고, D1 내지 D13은 자선 곡률 반경(r')의 변화 계수를 나타낸다.
식 (2)에서, ∑GmnYm은 n차의 자선의 비구면 계수이다. 따라서, 자선의 비구면 계수는, m이 0이 아닌 항을 포함하는 경우에는, 주주사 방향의 위치(Y)를 따라서 변화한다. 본 실시형태에서는, 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면 및 출사면은 Z의 1차의 비구면 항을 갖고 있다. 구체적으로는, 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면 및 출사면은, 부주사 사입사 광학계이기 때문에 발생하는 파면 수차 열화 및 주사선의 굴곡을 보정하기 위해서, 주주사 방향의 위치(Y)를 따라서 각 렌즈면의 부주사 방향의 틸트량이 변화하는 틸트 변화면으로 형성된다.
결상 렌즈(7A 내지 7D)의 광축 상에서의 부주사 방향의 틸트각은 입사면에서 1.8도이고 출사면에서 -3.2도이다.
본 실시형태에서는, 결상 렌즈(7A 내지 7D)는, 입사 광속이 형상 정의의 원점 근방을 통과하도록 부주사 방향으로 4.64mm만큼 편심되도록 배치된다. 결상 렌즈(7A 내지 7D)는, 상술한 바와 같이, 광축 상에서도 부주사 방향으로 틸트각을 갖기 때문에, 형상 정의의 원점과 면 정점(가장 광축 방향으로 돌출한 점)은 일치하지 않는다.
상술한 바와 같이, 제2 결상 렌즈(7A 및 7B)는, 동일한 형상을 가지며, 서로 광로에 대하여 부주사 방향으로 반전되어 배치되어 있다. 마찬가지로, 제2 결상 렌즈(7C 및 7D)는, 동일한 형상을 가지며, 서로 광로에 대하여 부주사 방향으로 반전되어 배치된다.
또한, 본 실시형태에서, 제1 결상 렌즈(61 및 62) 및 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)는 모두 플라스틱-몰딩 렌즈이다.
이어서, 본 실시형태의 효과에 대해서 설명한다.
본 실시형태의 광 주사 장치(100)에서는, 편향기(5)에 대해 양 측에 결상 광학계를 배치하고, 동일한 편향기(5)의 다른 반사면(제1 반사면(51) 및 제2 반사면(52))에 의해 복수의 감광 드럼이 주사된다. 이러한 광 주사 장치에서는, 한쪽의 결상 광학계의 결상 렌즈의 광학면에 의해 반사된 플레어 광이 다른 쪽의 결상 광학계에 입사하는 경우가 있다. 이 경우, 플레어 광이 원래 주사하려고 하지 않은 감광 드럼에 도달함으로써 화상 불량이 야기된다.
따라서, 본 실시형태에 따른 광 주사 장치(100)에서는, 제1 결상 렌즈(61 및 62)는, 표 1에 도시된 바와 같이, 각 광학면(즉, 입사면 및 출사면)이 편향기(5)를 향해 볼록해지도록 구성된다. 이에 의해, 제1 결상 렌즈(61 및 62)의 각 광학면에 의해 반사된 플레어 광이 편향기(5)의 부주사 방향의 상방 및/또는 하방을 통과하게 되어, 편향기(5)에 대해 배치된 다른 쪽의 결상 광학계에 입사되는 것이 방지된다.
도 3a 및 도 3b는, 제1 실시형태에 따른 광 주사 장치(100)의 결상 광학계의 일부를 나타내는 부주사 단면도이다.
도 3a 및 도 3b에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 따른 광 주사 장치(100)에서는, 예를 들어 제2 결상 렌즈(7D)는, 입사면 및 출사면에 의해 반사된 플레어 광이 편향기(5)의 부주사 방향 상방 및 하방으로 진행하도록 구성된다. 이에 의해, 제2 결상 렌즈(7D)에 의해 반사된 플레어 광이 편향기(5)에 대해 반대 측(즉, 제1 결상 렌즈(61) 측)의 결상 광학계에 입사하는 것이 방지된다.
제2 결상 렌즈(7A, 7B 및 7C) 역시 상기 제2 결상 렌즈(7D)와 마찬가지로 구성된다.
제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)에 의해 반사되는 플레어 광의 진행 방향은, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면 및 출사면의 부주사 방향의 틸트각에 의해 변경될 수 있다.
예를 들어, 비교예 1로서, 입사면을 보다 플러스 방향으로 틸팅시키는 경우와 출사면을 보다 마이너스 방향으로 틸팅시키는 경우를 생각한다. 즉, 입사면과 출사면의 틸트 각 사이의 상대 차가 커지는 경우를 생각한다. 여기서, 틸트각의 플러스 및 마이너스에 관해서는, 렌즈의 입사면이 부주사 단면 내에서 렌즈를 통과하는 광속의 진행 방향을 따라 출사면에 근접하도록 틸트되는 경우를 플러스라고 하고 있다.
도 4a는, 비교예 1에 따른 제2 결상 렌즈(7D)를 나타내는 부주사 단면도이다.
도 4a에 나타내는 바와 같이, 비교예 1에서와 같이, 입사면과 출사면의 틸트 각 사이의 상대 차가 커지면, 제2 결상 렌즈(7D)의 부주사 방향을 따른 형상 비대칭성이 커진다. 구체적으로는, 부주사 방향 상단부에서의 두께(Du)와 부주사 방향 하단부에서의 두께(Dl) 사이의 차가 커진다.
이 두께 차가 커지면, 두께가 얇은 측과 두꺼운 측 사이의 냉각 시간의 차가 커지기 때문에, 성형 안정성이 악화될 우려가 있다.
그로 인해, 입사면 및 출사면의 광축 상에서의 부주사 방향의 틸트각의 차의 절대값은 6도 이하인 것이 바람직하다.
본 실시형태에 따른 광 주사 장치(100)에서는, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 광학면의 부주사 방향을 따른 폭은 약 10mm이다.
따라서, 입사면과 출사면의 광축 상에서의 부주사 방향의 틸트각의 상대 차를 6도 이하로 설정함으로써, 부주사 방향의 양 단부에서의 두께 차를 약 1mm로 감소시킬 수 있고, 이에 의해 성형 안정성에 대한 악영향을 작게 할 수 있다.
이어서, 비교예 2로서, 입사면 및 출사면의 광축 상에서의 부주사 방향의 틸트각이 모두 플러스일 경우를 생각한다.
이 경우, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)는, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면 및 출사면에 의해 반사된 플레어 광이 편향기(5)에 대해 반대 측에 배치된 결상 광학계에 입사하지 않도록 편향기(5)의 부주사 방향 상방을 통과하도록 설계된다.
도 4b는, 비교예 2에 따른 제2 결상 렌즈(7D)를 나타내는 부주사 단면도이다.
도 4b에 나타내고 있는 바와 같이, 비교예 2의 경우, 제2 결상 렌즈(7D)의 입사면 및 출사면의 광축 상에서의 부주사 방향의 틸트각이 모두 플러스이다. 그로 인해, 제2 결상 렌즈(7D)의 부주사 상단부의 두께의 중심점(A)(즉, 입사면과 출사면 사이의 거리의 중점)이, 제2 결상 렌즈(7D)의 부주사 방향의 하단부의 두께의 중심점(B)에 대해 광축 방향으로 크게 어긋나게 된다.
그로 인해, 제2 결상 렌즈(7D)가 출사면 측을 향해 회전하게 하는 회전 모멘트가 발생하기 쉬워져, 제2 결상 렌즈(7D)의 배향이 안정되기 어려워진다. 또한, 제2 결상 렌즈(7D)의 성형 안정성에도 악영향을 줄 우려가 있다.
이것은, 입사면 및 출사면의 광축 상에서의 부주사 방향의 틸트각이 모두 마이너스일 경우에도 마찬가지이다.
상기의 문제를 회피하기 위해서, 입사면 및 출사면의 광축 상에서의 부주사 방향의 틸트각의 절대값은 8도 이하인 것이 바람직하다.
예를 들어, 제2 결상 렌즈(7D)의 입사면의 틸트각을 +8도로 하면, 제2 결상 렌즈(7D)의 부주사 방향의 하단부의 두께의 중심점(B)에 대한 부주사 방향의 상단부의 두께의 중심점(A)의 광축 방향의 어긋남량을 최대화시킬 수 있는 제2 결상 렌즈(7D)의 출사면의 틸트각은 +8도이다.
그때의 광축 방향의 어긋남량은, 제2 결상 렌즈(7D)의 광학면의 부주사 방향을 따른 폭이 약 10mm일 때, 약 1.4mm이다. 즉, 렌즈 중심으로부터 두께의 중심점(A) 및 두께의 중심점(B)까지의 광축 방향의 어긋남량은 약 0.7mm이다. 따라서, 성형 안정성에 대한 악영향을 작게 할 수 있다.
또한, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 중심 두께는 적어도 4mm이다. 즉, 두께의 중심점(B)에 대한 두께의 중심점(A)의 광축 방향의 어긋남량은 중심 두께의 절반 이하이다. 따라서, 회전 모멘트의 발생도 억제할 수 있다.
커플링 렌즈(2A 내지 2D) 등의, 광속(RA 내지 RD)이 통과하는 각 광학 소자의 위치가 조립 오차 등에 의해 변화하면, 광속(RA 내지 RD)이 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)에 입사하는 높이가 변화된다. 그로 인해, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)에 의해 반사되는 플레어 광의 광로도 변화한다. 또한, 물론, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 조립 오차에 의한 위치의 변화에 의해서도, 반사 플레어 광의 광로는 변화할 수 있다.
그 결과, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)에서, 반사 플레어 광이 편향기(5)에 대해 반대 측에 배치된 결상 광학계에 입사하지 않도록, 입사면 및 출사면의 부주사 방향의 틸트각을 설정해도, 조립 오차 등의 영향에 의한 위치 변화에 의해 반사 플레어 광의 입사가 유발될 수 있는 가능성이 있다.
따라서, 본 실시형태에서는, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 각 광학면의 부주사 단면 내에서의 곡률 반경에 대해서도 조건을 부과하고 있다.
구체적으로는, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면의 부주사 단면 내에서의 곡률 반경의 절대값이 출사면의 부주사 단면 내에서의 곡률 반경의 절대값보다 작아지도록, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)를 설계한다.
이에 의해, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 조립 오차 등에 의한 위치의 변화가 있어도, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)에 의해 반사된 플레어 광이 편향기(5)에 대해 반대 측에 배치된 결상 광학계에 입사하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
이하에서, 각 광학면의 부주사 단면 내에서의 곡률 반경의 절대값에 관한 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 구체적인 설계에 대해서 상세하게 설명한다.
먼저, 조립 오차 등에 의한 위치의 변화가 없는 경우에서의, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)에 입사하는 광속(RA 내지 RD)의 부주사 방향의 면 정점으로부터의 입사 높이를 Z로 한다. 또한, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 조립 오차 등에 의해, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)에 입사하는 광속(RA 내지 RD)의 부주사 방향의 면 정점으로부터의 입사 높이가 Δz만큼 변화하는 것으로 한다. 또한, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면 또는 출사면의 부주사 단면 내에서의 곡률 반경을 r로 한다.
이때, 광속(RA 내지 RD)의 입사 높이가 변화한 것에 의한, 광속(RA 내지 RD)의 입사 위치에서의 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면 또는 출사면의 법선 각도의 변화(Δφ)는, 식 (3)에 의해 표현된다.
Figure 112016107795684-pat00005
...(3)
도 5는, 본 실시형태에 따른 광 주사 장치(100)의 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)에서, 상기의 입사 높이의 변화(Δz) 및 법선 각도의 변화(Δφ)를 구체적으로 나타내고 있다.
통상, r은 적어도 수십 mm인 것에 대해서, Z는 최대 몇 mm이다. 또한, Δz는 Z보다 작기 때문에, 식 (3)은 식 (4)와 같이 근사될 수 있다.
Figure 112016107795684-pat00006
...(4)
따라서, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)에 의해 반사되는 플레어 광의 반사 각의 변화(Δθ)는 식 (5)에 의해 표현될 수 있다.
Figure 112016107795684-pat00007
...(5)
따라서, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)에 입사하는 광속(RA 내지 RD)의 부주사 방향의 면 정점으로부터의 입사 높이의 변화에 수반한, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)에 의해 반사되는 플레어 광의 광로 변화는, 광학면의 곡률 반경(r)의 절대값이 클수로 작아진다.
즉, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 조립 오차 등에 의한 위치의 변화에 의한 반사 플레어 광의 광로 변화에의 영향은, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 광학면의 곡률 반경(r)의 절대값이 클수록 작아질 수 있다.
그러나, 피주사면(8A 내지 8D) 위에 광속(RA 내지 RD)을 스폿으로서 결상시키기 위해서는, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)는 부주사 방향으로 정의 굴절력을 가질 필요가 있다. 그로 인해, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 광학면의 곡률 반경을 증가시키는 것에는 한계가 있다.
따라서, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면 및 출사면을 굴곡시킴으로써 입사면과 출사면 사이의 곡률 반경을 조정하는 것이 유효하다.
제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 각 광학면의 자선 형상이 Z의 3차 또는 4차 항(식 (2)에서의 n=3, 4의 항)을 포함하고 있을 경우, 입사면 또는 출사면 중 적어도 1개는 부주사 방향에 관해서 비 원호 형상을 갖는다.
입사면 또는 출사면 중 적어도 하나가 부주사 방향에 관해서 비 원호 형상을 갖는 경우에는, 입사면 또는 출사면 중 적어도 1개의 부주사 단면 내에서의 곡률 반경으로서는, 부주사 단면 내에서의 형상을 원호로 피팅했을 때의 곡률 반경을 사용한다.
피팅 방법으로서는, 일반적으로 잘 알려져 있는 최소자승법을 사용하면 된다. 또한, 이때의 피팅 영역으로서는, 광속(RA 내지 RD)이 입사면 또는 출사면 중 적어도 1개를 통과할 때의 부주사 방향의 통과 범위를 사용하면 된다.
본 발명의 발명자는, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면의 부주사 단면 내에서의 곡률 반경의 절대값을 출사면의 부주사 단면 내에서의 곡률 반경의 절대값보다 작게 설계함으로써, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 조립 오차 등에 의한 위치의 변화가 있어도, 반대 측에 배치된 결상 광학계에의 반사 플레어 광의 영향을 효과적으로 저감시킬 수 있다.
본 실시형태에 따른 광 주사 장치(100)에서와 같은 부주사 사입사 광학계에서는, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면에는 부주사 방향으로 각도를 갖는 광속(RA 내지 RD)이 입사한다(사입사한다). 이 사입사의 각도 크기는, 본 실시형태와 같이 제1 결상 렌즈(61, 62)가 부주사 방향으로 거의 굴절력을 갖고 있지 않은 경우에는, 편향기(5)의 반사면(51, 52)에 입사하는 부주사 방향의 각도와 실질적으로 동등하다. 즉, 본 실시형태에서는, 전술한 바와 같이, 편향기(5)의 반사면(51, 52)에 대하여, 광속(RA 내지 RD)은 부주사 방향으로 2.7도의 각도로 입사한다.
한편, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면에서 광속(RA 내지 RD)이 부주사 방향으로 굴절되기 때문에, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 출사면에 입사하는 광속(RA 내지 RD)의 부주사 방향의 각도는 작아진다. 구체적으로는, 본 실시형태에서 각도는 1.2도이다.
또한, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 광학면에 의해 반사된 플레어 광의 편향기(5)에 대해 반대 측에 배치된 결상 광학계에의 입사를 방지하기 위해서는, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 광학면에 입사하는 광속(RA 내지 RD)의 부주사 방향의 각도를 증가시키는 것도 유효하다. 이는, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 광학면에 입사하는 광속(RA 내지 RD)의 부주사 방향의 각도가 클수록, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 광학면에 의해 반사되는 플레어 광의 반사 각도도 커지기 때문이다. 구체적으로, 이는, 결과적으로, 반사 플레어 광의 광로가, 반대 측에 배치된 결상 광학계로부터 부주사 방향으로 크게 이격하게 되기 때문이다.
따라서, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 광학면에 입사하는 광속(RA 내지 RD)의 부주사 방향의 각도를 크게 설정하면, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 조립 오차 등에 의한 위치의 변화에 의해 반사 플레어 광의 반사 각도가 다소 변화해도, 반사 플레어 광이 반대 측에 배치된 결상 광학계에 입사하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 식 (5)에 의해 나타낸 바와 같이, 광학면의 부주사 단면 내에서의 곡률 반경(r)의 절대값이 작을수록, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 조립 오차 등에 의한 위치의 변화에 의한 반사 플레어 광의 광로 변화는 커진다.
또한, 상기한 바와 같이, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면에 입사하는 광속(RA 내지 RD)의 부주사 방향의 각도는, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 출사면에 입사하는 광속(RA 내지 RD)의 부주사 방향의 각도보다 크다.
따라서, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면의 곡률 반경(r)의 절대값은 작게 설정하는데 비하여, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 출사면의 곡률 반경(r)의 절대값은 크게 설정한다. 이에 의해, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 조립 오차 등에 의한 위치의 변화가 있는 경우에도, 반사 플레어 광이 반대 측에 배치된 결상 광학계에 입사하는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로는, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 조립 오차 등에 의한 위치의 변화에 수반하는 반사 플레어 광의 반사 각의 변화의 절대값(|Δθ|)이 편향기(5)의 반사면(51, 52)에의 부주사 방향의 광속의 사입사 각도의 절대값(|β|)보다 작아지도록, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 광학면의 곡률 반경(r)을 설정한다. 이에 의해, 반사 플레어 광이 편향기(5)에 대해 반대 측에 배치된 결상 광학계에 입사하는 것을 방지할 수 있다.
즉, 이것은, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 조립 오차 등을 고려하여, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면에 입사하는 광속의 실질적인 각도를 0도보다 크게 유지하는 것에 상당한다.
즉, 본 실시형태에 따른 광 주사 장치(100)는 식 (6)을 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112016107795684-pat00008
...(6)
전형적으로, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 조립 오차 등에 의한, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)에 입사하는 광속(RA 내지 RD)의 부주사 방향의 면 정점으로부터의 입사 높이의 변화(Δz)는 최대 약 0.7mm이다.
따라서, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면의 부주사 단면 내에서의 곡률 반경의 절대값(Rz)은, 식 (5) 및 식 (6)보다 식 (7)을 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112016107795684-pat00009
...(7)
본 실시형태에 따른 광 주사 장치(100)에서는, 표 1에 나타내고 있는 바와 같이, 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면의 부주사 단면 내에서의 곡률 반경은 40mm이며, 출사면의 부주사 단면 내에서의 곡률 반경은 -122.3mm이다.
따라서, 본 실시형태에 따른 광 주사 장치(100)는, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면의 부주사 단면 내에서의 곡률 반경의 절대값이 출사면의 부주사 단면 내에서의 곡률 반경의 절대값보다 작아지도록 설계되어 있다.
또한, 상기의 값을 식 (7)에 대입하면, 식 (7)의 좌변은 Rz=40이 되고, 우변은 (360×0.7)/(π×2.7)=29.71이 되고, 따라서 본 실시형태에 따른 광 주사 장치(100)는 식 (7)을 만족하고 있다는 것을 알 수 있다.
상기로부터, 본 실시형태에 따른 광 주사 장치(100)에서는, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 조립 오차 등에 의해 위치가 변화해도, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)에 의해 반사되는 플레어 광의 편향기(5)에 대해 반대 측에 배치된 결상 광학계에의 입사를 방지할 수 있다.
상기한 바와 같이, 제1 결상 렌즈(61, 62)가 부주사 방향으로 거의 굴절력을 갖고 있지 않은 경우에는, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면에 입사하는 광속(RA 내지 RD)의 부주사 방향의 각도는 편향기(5)의 반사면(51, 52)에 대한 부주사 방향의 광속 사입사 각도(β)와 실질적으로 동일하다.
그러나, 제1 결상 렌즈(61, 62)가 부주사 방향으로 굴절력을 갖는 경우에는, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면에 입사하는 광속(RA 내지 RD)의 부주사 방향의 각도는 일반적으로는 각도 β과 일치하지 않는다.
제1 결상 렌즈(61, 62)가 부주사 방향으로 부의 굴절력을 갖는 경우에는, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면에 입사하는 광속(RA 내지 RD)의 부주사 방향의 각도는 β보다 커진다. 그로 인해, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면의 부주사 단면 내에서의 곡률 반경의 절대값(Rz)은 식 (7)을 충족하기만 하면 된다.
그러나, 제1 결상 렌즈(61, 62)가 큰 부의 굴절력을 갖도록 설계되면, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 정의 굴절력은 더 크게 설정될 필요가 있다. 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 정의 굴절력이 지나치게 커지면, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 조립 오차 등에 의한 위치의 변화에 수반하여 광학 성능의 악화가 현저해진다.
따라서, 결상 광학계의 부주사 방향의 횡배율을 감소시키기 위해서, 제1 결상 렌즈(61, 62)를 부의 굴절력을 갖도록 설계하는 경우에는, 통상은 그 부의 굴절력의 절대값이 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 부주사 방향의 굴절력의 절대값의 절반 이하가 되도록 설정된다. 그로 인해, 이 경우에도, Rz는 식 (7)을 충족하기만 하면 된다.
한편, 제1 결상 렌즈(61, 62)가 부주사 방향으로 정의 굴절력을 갖는 경우에는, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면에 입사하는 광속(RA 내지 RD)의 부주사 방향의 각도는 각도 β보다 작아진다. 그러나, 이 경우, 결상 광학계의 부주사 방향의 횡배율은 커진다. 결상 광학계의 부주사 방향의 횡배율이 커지고, 광학 소자의 조립 오차 등에 의한 결상 광학계에 입사하는 광속의 변위가 있는 경우, 광학 성능의 악화가 현저해진다.
따라서, 제1 결상 렌즈(61, 62)를 정의 굴절력을 갖도록 설계하는 경우에는, 통상은, 그 정의 굴절력의 절대값이, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 부주사 방향의 굴절력의 절대값 이하로 설정된다. 그로 인해, 이 경우에도, Rz는 식 (7)을 충족하기만 하면 된다.
위에서 기재한 바와 같이, 제1 결상 렌즈(61, 62)의 굴절력의 절대값과 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 부주사 방향의 굴절력의 절대값 사이의 관계가, 제1 결상 렌즈(61, 62)가 정의 굴절력을 갖는 경우와 제1 결상 렌즈(61, 62)가 부의 굴절력을 갖는 경우에 상이하다. 이것은, 제1 결상 렌즈(61, 62)가 정의 굴절력을 갖는 경우, 상대적으로 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 굴절력을 비교적 작게 설정할 수 있기 때문이다.
도 6a 및 도 6b는, 제2 결상 렌즈(7D)가 0.7mm만큼 부주사 방향 하방으로 시프트될 때의, 제1 실시형태에 따른 광 주사 장치(100)의 결상 광학계의 일부를 나타내는 부주사 단면도이다.
도 6a 및 도 6b에서 알 수 있는 바와 같이, 결상 렌즈(7D)가 조립 오차 등에 의해 부주사 방향 하방으로 시프트되는 경우에도, 결상 렌즈(7D)에 의해 반사된 플레어 광이 편향기(5)에 대해 반대 측에 배치된 결상 광학계에 입사하는 것이 방지된다.
상기한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면의 부주사 단면 내에서의 곡률 반경의 절대값이 출사면의 부주사 단면 내에서의 곡률 반경의 절대값보다 작아지도록, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)가 설계되어 있다. 그 경우, 결과적으로, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면은, 부주사 방향에 관해서, 편향기(5)를 향해 볼록해진다. 이것은, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)가 부주사 방향으로 정의 굴절력을 갖기 때문이다.
따라서, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면은 부주사 방향으로 정의 굴절력을 갖게 되고, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 출사면에 입사하는 광속(RA 내지 RD)의 부주사 방향의 각도는 입사면에 입사하는 광속(RA 내지 RD)의 각도보다 작아진다.
또한, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면에 입사하는 광속(RA 내지 RD)의 부주사 방향의 각도는, 제2 결상 렌즈(7D)의 광원 측에 배치되는 각 광학 소자의 구성에 따라 결정된다. 그로 인해, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면에 입사하는 광속(RA 내지 RD)의 부주사 방향의 각도는, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면 및 출사면의 굴절력의 관계에 의존하지 않는다.
따라서, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면의 곡률 반경의 절대값을 출사면의 곡률 반경의 절대값보다 작게 설정하여, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 조립 오차 등에 의한 위치의 변화가 있어도, 반대 측에 배치된 결상 광학계에의 반사 플레어 광의 영향을 저감할 수 있다.
이제, 본 실시형태와 상이하고, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면의 곡률 반경의 절대값이 출사면의 곡률 반경의 절대값보다 큰 경우를 생각한다. 이 경우, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)는, 양쪽볼록 렌즈 또는 평볼록 렌즈, 또는 편향기(5)를 향해 배향된 오목면을 갖는 메니스커스 렌즈이다.
제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)가 양쪽볼록 렌즈 또는 평볼록 렌즈일 경우, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면의 부주사 방향의 굴절력은 0 또는 정이며, 본 실시형태보다 굴절력의 절대값은 작아진다.
제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 출사면에 입사하는 광속(RA 내지 RD)의 부주사 방향의 각도는, 입사면에 입사하는 광속(RA 내지 RD)의 부주사 방향의 각도 이하가 된다.
따라서, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)가, 입사면의 곡률 반경의 절대값이 출사면의 곡률 반경의 절대값보다 큰 양쪽볼록 렌즈 또는 평볼록 렌즈인 경우에는, 입사면에 관해서는, 조립 오차 등에 의한 반사 플레어 광의 허용가능한 광로 변화에 대해 큰 마진이 남게 된다.
한편, 출사면에 관해서는, 조립 오차 등에 의한 반사 플레어 광의 허용가능한 광로 변화가 감소하고 있음에도 불구하고, 출사면의 곡률 반경의 절대값은 작게 설정된다. 그 때문에, 결과적으로, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 조립 오차 등에 의한 위치의 변화에 의한, 반대 측에 배치된 결상 광학계에의 반사 플레어 광의 영향이 쉽게 현저해질 위험이 있다.
한편, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)가 편향기(5)를 향해 배향된 오목면을 갖는 메니스커스 렌즈일 경우, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면은 부주사 방향에 관해서 부의 굴절력을 갖는다. 그로 인해, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 출사면에 입사하는 광속(RA 내지 RD)의 부주사 방향의 각도는 입사면에 입사하는 광속(RA 내지 RD)의 부주사 방향의 각도보다 커진다.
또한, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)가 정의 굴절력을 갖게 하기 위해서는, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 출사면의 정의 굴절력은, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)가 양쪽볼록 렌즈인 경우에 비하여, 더 크게 설정될 필요가 있다. 이것은, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 출사면의 부주사 단면 내에서의 곡률 반경의 절대값이 작게 설정될 필요가 있는 것을 의미한다.
식 (5)에 의해 나타내고 있는 바와 같이, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 조립 오차 등에 의한 위치의 변화에 의한, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)에 의해 반사된 플레어 광의 반사 각의 변화는, 광학면의 부주사 단면 내에서의 곡률 반경에 대하여 반비례한다. 즉, 반사 플레어 광의 반사 각의 변화는, 부주사 단면 내에서의 곡률 반경의 절대값이 작아짐에 따라서, 매우 커진다.
따라서, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)가 편향기(5)를 향해 배향된 오목면을 갖는 메니스커스 렌즈일 경우, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 출사면의 부주사 단면 내에서의 곡률 반경의 절대값이 너무 작아진다. 그 때문에, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 조립 오차 등에 의한 위치의 변화에 의한, 반대 측에 배치된 결상 광학계에의 반사 플레어 광의 영향이 쉽게 현저해질 위험이 있다.
이상으로부터, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 조립 오차 등에 의한 위치의 변화가 있어도, 반대 측에 배치된 결상 광학계에의 반사 플레어 광의 영향을 효과적으로 저감하기 위해서는, 본 실시형태와 같이, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면의 부주사 단면 내에서의 곡률 반경의 절대값을 출사면의 부주사 단면 내에서의 곡률 반경의 절대값보다 작게 설정하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 광 주사 장치(100)는, 편향기(5)에 대해 배치된 2개의 결상 광학계를 포함한다(2측 주사 광학계). 한쪽의 결상 광학계에서, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)(적어도 하나의 광학 소자)의 입사면의 부주사 단면 내에서의 곡률 반경의 절대값이 출사면의 부주사 단면 내에서의 곡률 반경의 절대값보다도 작게 설정되도록, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)를 설계한다. 이에 의해, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 조립 오차 등에 의한 위치의 변화가 있어도, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 광학면에서 반사된 플레어 광의 반대 측에 배치된 다른 쪽의 결상 광학계에의 영향을 효과적으로 저감할 수 있다.
또한, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면의 부주사 단면 내에서의 곡률 반경의 절대값(Rz)이 편향기(5)의 반사면(51, 52)의 부주사 방향의 광속 사입사 각도(β)에 대해서 식 (7)을 만족하도록, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)를 설계한다. 이에 의해, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 조립 오차 등에 의한 위치의 변화에 의한, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)에 의해 반사된 플레어 광의 광로 변화를, 허용가능한 범위 내로 억제하는 것이 가능하다.
지금까지, 본 발명을 상기 제1 실시형태를 사용해서 설명했다. 그러나, 본 발명은 제1 실시형태로 제한되지 않으며 다양한 방식으로 변형가능하다.
예를 들어, 제1 실시형태에 따른 광 주사 장치(100)는, 단일 편향기(5)에 의해 4개의 피주사면(8A 내지 8D)이 주사되는 구성을 갖는다. 그러나, 본 발명의 광 주사 장치는, 편향기의 양 측에 2개의 결상 광학계를 배치하기만 하면 되고, 2개 또는 3개의 주사면을 주사하는 구성을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 광 주사 장치는, 6개의 결상 렌즈를 가질 필요는 없고, 2개 또는 4개의 결상 렌즈를 포함하는 구성을 가질 수 있다. 이러한 경우에, 본 발명의 구성은 광학면에 의해 반사되는 플레어 광의 영향을 고려해야 할 결상 렌즈의 입사면 또는 출사면 중 적어도 1개에 적용될 수 있다.
또한, 제1 실시형태에 따른 광 주사 장치(100)는 별개의 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)를 포함하는 구성을 갖는다. 그러나, 제2 결상 렌즈가 부주사 방향 상하 측에서 상이한 광학면을 갖도록, 부주사 방향으로 서로 일체적으로 연결된 렌즈를 포함하는 다단 렌즈가 채용될 수 있다.
또한, 편향기(5)의 반사면(51, 52)에의 부주사 방향의 광속 사입사 각도(β) 또한 필요에 따라 변경 가능하다. 예를 들어, 제1 실시형태에 따른 광 주사 장치(100)에서는, 각도(β)는 2.7도이다. 그러나, 각도 β는 이 값으로 한정되지 않고, 각도 β는 2도 이상이기만 하면 된다.
[제2 실시형태]
도 7a 및 도 7b는, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 광 주사 장치에(200)의 결상 광학계의 일부를 나타내는 부주사 단면도이다.
제2 실시형태에 따른 광 주사 장치(200)에 관해서, 제1 실시형태의 것과 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호로 나타낸다.
제2 실시형태에 따른 광 주사 장치(200)에 포함되는 각 광학계의 다양한 특성이 표 2에 도시되어 있다. 여기서, "E±x"는 "10±x"를 나타낸다. 또한, 특별히 표기하지 않고 있는 계수는 모두 0이다.
Figure 112016107795684-pat00010
Figure 112016107795684-pat00011
제2 실시형태에 따른 광 주사 장치(200)에 포함되는 각 광학 부재의 표현식은 제1 실시형태의 것과 동일하다.
또한, 자선 곡률 반경(r')의 변화 계수(D1 내지 D14)에 관해서, 주주사 방향(Y)의 플러스측(광원측에서 먼측, 도 1의 상측)과 마이너스측(광원측, 도 1의 하측)에서 계수가 상이한 경우에는, 플러스 측의 계수에는 첨자 "u"를 부여하고, 마이너스 측의 계수에는 첨자 "l"을 부여한다.
본 실시형태에 따른 광 주사 장치(200)에서는, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)는 부주사 방향으로 4.8mm만큼 편심되도록 배치된다.
표 2에 나타내고 있는 바와 같이, 본 실시형태의 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면의 부주사 단면 내에서의 곡률 반경은 35mm이고, 출사면의 부주사 단면 내에서의 곡률 반경은 -211.2mm이다.
따라서, 본 실시형태에서도, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면의 부주사 단면 내에서의 곡률 반경의 절대값이 출사면의 부주사 단면 내에서의 곡률 반경의 절대값보다도 작아지도록, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)가 설계되어 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 광 주사 장치(200)에서는, 편향기(5)의 반사면(51, 52)에 대한 부주사 방향의 광속 사입사 각도는 2.5도이다.
따라서, 상기 값을 식 (7)에 대입하면, 식 (7)의 좌변은 Rz=35이고, 우변은 (360×0.7)/(π×2.5)=32.1이다. 따라서, 본 실시형태에 따른 광 주사 장치(200)는 식 (7)을 만족하고 있는 것을 알 수 있다.
이상으로부터, 본 실시형태에 따른 광 주사 장치(200)에서도, 제1 실시형태와 마찬가지로, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 조립 오차 등에 의한 위치의 변화가 있어도, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 광학면에서 반사된 플레어 광의 반대 측에 배치된 다른 쪽의 결상 광학계에의 영향을 효과적으로 저감할 수 있다.
도 8a 및 도 8b는, 제2 결상 렌즈(7D)가 0.7mm만큼 부주사 방향 하방으로 시프트될 때의, 제2 실시형태에 따른 광 주사 장치(200)의 결상 광학계의 일부를 나타내는 부주사 단면도이다.
도 8a 및 도 8b로부터 알 수 있는 바와 같이, 결상 렌즈(7D)가 조립 오차 등에 의해 부주사 방향 하방으로 시프트되어도, 결상 렌즈(7D)에 의해 반사된 플레어 광이 편향기(5)에 대해 반대 측에 배치된 결상 광학계에 입사하는 것이 방지된다.
또한, 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면 및 출사면의 광축 상에서의 부주사 방향의 틸트각은 각각 2.2도 및 -2.8도이다.
따라서, 제2 실시형태에서도, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면과 출사면의 광축 상에서의 부주사 방향의 틸트각의 상대 차는 6도 이하이고, 제2 결상 렌즈(7A 내지 7D)의 입사면 및 출사면의 광축 상에서의 부주사 방향의 틸트각의 절대값은 8도 이하이다.
도 9는, 본 발명의 실시형태에 따른 광 주사 장치를 포함하는 컬러 화상 형성 장치(60)의 관련 부분을 나타내는 모식적 부주사 단면도이다.
컬러 화상 형성 장치(60)는, 광 주사 장치(11), 상 담지체(감광체)로서의 감광 드럼(21, 22, 23, 24), 현상 유닛(31, 32, 33, 34) 및 반송 벨트(151)를 포함하고 있다.
컬러 화상 형성 장치(60)는, 퍼스널 컴퓨터 등의 외부 기기(152)로부터 R(레드), G(그린), 및 B(블루)를 포함하는 각 색의 신호를 수신한다. 이 색 신호는, 장치 내의 프린터 컨트롤러(53)에 의해, 입력 코드 데이터로서 입력되고 Y(옐로우), M(마젠타), C(시안), 및 K(블랙)의 화상 데이터(도트 데이터)로 변환된다. 이 화상 데이터는 광 주사 장치(11)에 입력된다.
그리고, 광 주사 장치(11)으로부터, 각 화상 데이터에 따라서 변조된 광 빔(141, 142, 143, 144)이 출사되고, 이 광 빔에 의해 감광 드럼(21 내지 24)의 감광면이 주주사 방향으로 주사된다.
컬러 화상 형성 장치(60)에서는, 광 주사 장치(11)가 4개의 빔에 의해 주사를 행하며, 빔은 각각 Y(옐로우), M(마젠타), C(시안), 및 K(블랙)의 색에 대응한다. 빔에 의해, 각각 병렬로 배치되는 감광 드럼(21 내지 24)의 각 감광면 상에 화상 신호(화상 정보)에 대응하는 정전 잠상이 형성된다. 형성된 정전 잠상이 현상 유닛(31 내지 34)에 의해 각각 현상되어, 토너상이 형성된다. 그 후, 전사 유닛(도시되지 않음)에 의해, 토너상이 피전사재인 기록 재에 중첩되어 전사되고, 정착 유닛(57)에 의해, 중첩되어 전사된 토너상이 피전사재에 정착되어, 기록재에 1매의 풀컬러 화상이 형성된다.
외부 기기(152)로서는, 예를 들어 CCD 센서를 구비한 컬러 화상 판독 장치가 사용되어도 된다. 이 경우에는, 이 컬러 화상 판독 장치와 컬러 화상 형성 장치(60)가 컬러 디지털 복사기를 구성한다.
컬러 화상 형성 장치(60)에서는, 단일 광 주사 장치(11)에 의해 4개의 감광 드럼(21 내지 24)이 주사된다. 그러나, 본 발명의 실시형태에 따른 2개의 광 주사 장치 각각에 의해, 2개의 감광 드럼을 주사하는 구성을 채용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1 결상 광학계의 제1 광학 소자의 조립 오차 등에 의한 위치의 변화가 있어도, 해당 제1 광학 소자에 의해 반사된 플레어 광이 제2 결상 광학계에 입사하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명을 예시적인 실시형태를 참고하여 설명하였지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시형태로 한정되지 않는다. 이하의 청구항의 범위는 이러한 모든 변형 및 동등한 구조와 기능을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.

Claims (13)

  1. 광 주사 장치이며,
    제1 편향면 및 제2 편향면에 의해 광속을 편향시켜 제1 피주사면 및 제2 피주사면을 주주사 방향으로 주사하도록 구성되는 편향기와,
    상기 제1 및 제2 편향면에 의해 편향되는 광속을 상기 제1 및 제2 피주사면에 도광하도록 구성되는 제1 및 제2 결상 광학계와,
    부주사 단면 내에서 상기 제1 편향면에 광속을 사입사시키도록 구성되는 입사 광학계를 포함하고,
    상기 제1 결상 광학계는, 광축을 포함하는 상기 부주사 단면 내에서의 입사면의 곡률 반경의 절대값이 출사면의 곡률 반경의 절대값보다 작은 제1 광학 소자를 포함하며,
    상기 제1 광학 소자의 입사면은, 상기 광축을 포함하는 부주사 단면 내에서, 상기 입사면에 입사하는 광속을, 상기 편향기를 포함하는 주주사 단면으로부터 이격되는 방향을 향해 반사시키도록 구성되는, 광 주사 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 광학 소자의 상기 입사면 및 상기 출사면은 상기 부주사 단면 내에서 정(positive)의 굴절력을 갖는, 광 주사 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 부주사 단면 내에서, 이하의 조건이 만족되며,
    Figure 112019057661526-pat00012

    β는 상기 제1 편향면에 대한 광속의 입사각을 나타내며, Rz은 상기 제1 광학 소자의 상기 입사면의 곡률 반경의 절대값을 나타내는, 광 주사 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 부주사 단면 내에서의 상기 제1 편향면에 대한 광속의 입사각의 절대값은 2도 이상인, 광 주사 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 광학 소자의 상기 입사면은, 상기 광축을 포함하는 부주사 단면 내에서, 상기 입사면에 입사하는 광속을, 상기 편향기를 포함하는 주주사 단면으로부터 이격되는 방향을 향해 반사시키도록 틸트되는, 광 주사 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 광학 소자의 상기 입사면 및 상기 출사면은, 부주사 단면 내에서의 틸트각이 상기 주주사 방향에서 변화되는 면을 포함하는, 광 주사 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 광학 소자의 상기 입사면 및 상기 출사면의 상기 광축을 포함하는 부주사 단면 내에서의 틸트각의 절대값이 8도 이하인, 광 주사 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 광축을 포함하는 상기 부주사 단면 내에서의 상기 제1 광학 소자의 상기 입사면의 틸트각과 상기 출사면의 틸트각 사이의 차의 절대값이 6도 이하인, 광 주사 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 광학 소자는, 상기 제1 결상 광학계에 포함되는 광학 소자 중, 광로상에서 상기 제1 피주사면에 가장 가까운 위치에 배치되어 있는, 광 주사 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 광학 소자는 플라스틱으로 이루어지는, 광 주사 장치.
  11. 광 주사 장치이며,
    제1 편향면 및 제2 편향면에 의해 광속을 편향시켜서 제1 피주사면 및 제2 피주사면을 주주사 방향으로 주사하도록 구성되는 편향기와,
    상기 제1 및 제2 편향면에 의해 편향되는 상기 광속을 상기 제1 및 제2 피주사면에 도광하도록 구성되는 제1 및 제2 결상 광학계와,
    부주사 단면 내에서 상기 제1 편향면에 광속을 사입사시키도록 구성되는 입사 광학계를 포함하고,
    상기 제1 결상 광학계는, 광축을 포함하는 부주사 단면 내에서의 입사면의 곡률 반경의 절대값이 출사면의 곡률 반경의 절대값보다 작은 제1 광학 소자를 포함하며,
    상기 제1 광학 소자의 상기 입사면 및 상기 출사면은 상기 부주사 단면 내에서 정의 굴절력을 갖는, 광 주사 장치.
  12. 화상 형성 장치이며,
    제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 광 주사 장치와,
    상기 광 주사 장치에 의해 상기 제1 및 제2 피주사면에 형성되는 정전 잠상을 토너상으로서 현상하도록 구성되는 현상 유닛과,
    현상된 상기 토너상을 피전사재에 전사하도록 구성되는 전사 유닛과,
    전사된 상기 토너상을 상기 피전사재에 정착시키도록 구성되는 정착 유닛을 포함하는, 화상 형성 장치.
  13. 화상 형성 장치이며,
    제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 광 주사 장치와,
    외부 기기로부터 출력된 코드 데이터를 화상 신호로 변환하고 상기 화상 신호를 상기 광 주사 장치에 입력하도록 구성되는 프린터 컨트롤러를 포함하는, 화상 형성 장치.
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