KR19980039051A - Scanning optics - Google Patents
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Abstract
[목적][purpose]
본 발명은 편향면에서 피주사면까지의 거리가 167㎜로 종래에 비하여 짧도록 구성되고, 플라스틱 렌즈로 구성되는 주사렌즈계의 렌즈가 형성되는 금형가공이 용이하도록 하고, 온도, 습도, 환경변동에 의한 굴절능 변화가 최소로 되도록 구성되는 것이다.According to the present invention, the distance from the deflection surface to the surface to be scanned is 167 mm, which is shorter than in the related art, and facilitates mold processing in which a lens of a scanning lens system composed of plastic lenses is formed, The refractive index change is configured to be minimal.
[구성][Configuration]
본 발명은 광이 출사되는 레이저 다이오드와, 상기 출사된 광이 광축과 나란한 평행빔이 되도록 되는 콜리메이터 렌즈와, 상기 콜리메이터 렌즈를 통과하여 입사되는 광이 부주사 방향으로 굴절되도록 하는 실린더 렌즈와, 상기 실린더 렌즈를 통과한 광이 반사면에서 제1주사렌즈로 편향되도록 하는 회전 다면경과, 상기 회전 다면경에서 반사된 광이 통과되는 제1주사렌즈 및 제2주사렌즈와, 상기 제1, 2주사렌즈를 통과한 광이 결상되는 드럼면으로 구성되는 주사광학계에서 제1주사렌즈 및 제2주사렌즈는 주주사면에서 각각의 입사면과 출사면이 비구면인 플라스틱 재질의 토릭렌즈로 이루어지는 것이다.The present invention provides a laser diode for emitting light, a collimator lens in which the emitted light becomes a parallel beam parallel to an optical axis, a cylinder lens for refracting light incident through the collimator lens in the sub-scanning direction, and A rotating multifaceted mirror which allows the light passing through the cylinder lens to be deflected from the reflective surface to the first scanning lens, a first scanning lens and a second scanning lens through which the light reflected by the rotating multifaceted mirror passes, and the first and second scanning lenses. In a scanning optical system composed of a drum surface in which light passing through the lens is formed, the first and second scanning lenses are made of a toric lens made of a plastic material in which each of the entrance and exit surfaces is aspheric.
Description
도 1은 종래 기술에 따른 주사광학장치를 나타낸 도면,1 is a view showing a scanning optical device according to the prior art,
도 2는 본 발명에 따른 주사광학장치 주주사 방향의 요부 발췌도,Figure 2 is an excerpt of the main portion of the scanning optical device main scanning direction according to the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 주사광학장치 부주사 방향의 요부 발췌도,Figure 3 is an excerpt of the main portion of the scanning optical device sub-scanning direction according to the present invention,
도 4는 본 발명에 따른 피주사면상의 전체주사 영역에 대한 fθ특성도,4 is an fθ characteristic view of the entire scan area on the scan surface according to the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 피주사면상에서의 회절강도 분포도이다.5 is a diffraction intensity distribution diagram on a scanned surface according to the present invention.
표 1은 본 발명에 따른 주사광학장치의 광학적 특성값이다.Table 1 shows the optical characteristic values of the scanning optical device according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 레이저다이오드 2 : 콜리메이터 렌즈1: laser diode 2: collimator lens
3 : 실린더 렌즈 4 : 회전 다면경3: cylinder lens 4: rotating mirror
5 : 제1주사렌즈 6 : 제2주사렌즈5: first scanning lens 6: second scanning lens
7 : 드럼면7: drum face
본 발명은 주사광학장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 편향면에서 피주사면 까지의 거리가 짧은 주사렌즈 및 플라스틱 렌즈로 형성되는 주사광학장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning optical device, and more particularly, to a scanning optical device formed of a scanning lens and a plastic lens having a short distance from a deflection surface to a scan surface.
일반적으로 주사광학장치는 레이저 다이오드에서 발산된 광이 주사렌즈계에 의하여 피주사면인 드럼면에서 상기 발산된 광이 결상되도록 구성된다. 즉, 레이저 다이오드로부터 출사된 광은 콜리메이터 렌즈에 의하여 상기 출사된 광의 중심이 되는 광축과 나란한 평행광이 되고, 상기의 평행광은 광의 일정부분만이 통과되는 슬릿(Slit)을 통과한 후, 부주사 방향으로 굴절능(Refractive power)을 가지는 실린더 렌즈에 입사한다. 실린더 렌즈에 입사된 평행광은 부주사 방향으로는 회전 다면경의 편향면상에 결상된 후, 주사렌즈계로 편향되고, 주주사 방향으로는 광축과 나란한 또는 광축과 각도를 가지는 평행광이 되어 주사렌즈계에 입사된다.In general, the scanning optical device is configured such that the light emitted from the laser diode is imaged on the drum surface, which is the surface to be scanned, by the scanning lens system. That is, the light emitted from the laser diode becomes parallel light parallel to the optical axis that is the center of the light emitted by the collimator lens, and the parallel light passes through a slit through which only a portion of the light passes. It is incident on the cylinder lens having the refractive power in the scanning direction. The parallel light incident on the cylinder lens is imaged on the deflection plane of the rotating polyhedron in the sub-scanning direction, and is deflected by the scanning lens system, and becomes the parallel light parallel to the optical axis or having an angle with the optical axis in the main scanning direction to enter the scanning lens system. do.
상기 주사렌즈계로 입사되는 광은 주사렌즈계에 의해 피주사면인 드럼면상에 부주사 방향으로 장축을 가지는 타원형의 스팟(Spot)이 형성되며, 회전 다면경의 편향면에서 드럼면인 피주사면까지 일정한 거리를 갖게 된다. 도 1의 종래 기술에 따른 주사광학장치를 나타낸 도면에서 주주사(主走査) 방향의 광을 평면적으로 도시하고 있으며, 부(副)주사 방향의 광은 평면적으로 도시된 상기 주주사방향의 광이 측면에서 도시된 것이다. 결국 주주사방향과 부주사방향으로 흐르는 광은 상기 주사광학장치의 주사렌즈계가 구성되고 있는 렌즈의 주주사 방향의 굴절능과 부주사 방향의 굴절능에 의하여 편향되는 정도가 다르게 된다.Light incident on the scanning lens system has an elliptical spot having a long axis in the sub-scanning direction on the drum surface, which is the scanning surface, and has a constant distance from the deflection surface of the rotating multifaceted mirror to the drum surface. Will have In the drawing showing the scanning optical device according to the prior art of FIG. 1, light in the main scanning direction is shown in a plan view, and light in the sub-scan direction is shown in the side in which the light in the main scanning direction is shown in plan view. It is shown. As a result, the light flowing in the main scanning direction and the sub scanning direction is deflected by the refractive power in the main scanning direction and the refractive power in the sub scanning direction of the lens of the scanning optical system.
도 1은 종래 기술에 따른 주사광학장치를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a scanning optical device according to the prior art.
종래 기술에 따른 주사광학장치는 광원부인 레이저 다이오드(1)로부터 광 변조된 광이 콜리메이터 렌즈(2)에 의해 평행광이 된다. 상기 평팽광은 부주사 방향으로 굴절능을 가지는 실린더 렌즈(3)에 입사하게 되고, 상기 입사되어 실린더 렌즈(3)에서 통과되는 광은 평행광으로써, 회전 다면경(4)의 반사면에서부터 입사면과 출사면의 광 굴절능이 다른 제1주사렌즈(5)로 편향되고, 상기 제1주사렌즈(5)의 입사면(5a)와 출사면(5b)을 통과한 광은 다시 입사면(6a)과 출사면(6b)의 광 굴절능이 다른 제2주사렌즈(6)에서 편향되어 피주사면상인 드럼면(7)에서 결상되게 된다.In the scanning optical apparatus according to the prior art, the light modulated from the laser diode 1, which is the light source unit, becomes parallel light by the collimator lens 2. The flattened light is incident on the cylindrical lens 3 having refractive power in the sub-scanning direction, and the incident light passes through the cylinder lens 3 is parallel light, which is incident from the reflecting surface of the rotating polygon mirror 4. The light having the refractive power of the plane and the exit plane is deflected by the first scan lens 5, and the light passing through the entrance plane 5a and the exit plane 5b of the first scan lens 5 again enters the entrance plane 6a. ) And the optical refractive power of the exit surface 6b are deflected by the second scanning lens 6 which is different from each other, and forms an image on the drum surface 7 on the scan surface.
이때, 상기 회전 다면경(4)의 각 반사면이 회전축에 대해서 평행되지 않고 경사진 각도오차(Wobble)가 발생되게 되면 피주사면상인 드럼면(7)에서 광이 결상될 때, 부주사 방향의 광의 직경이 커지게 되는 문제점이 발생된다. 그래서 상기 각도오차에 의해 발생되는 부주사 방향의 광 직경 확대를 최소로 하기 위해, 주사렌즈계에 토릭 렌즈(Toric Lens)를 사용해서 회전 다면경(4)의 반사면과 드럼면(7)의 피주사면은 광학적으로 공액관계(Conjugate Point)가 이루어지도록 구성된다. 상기 토릭렌즈는 x, y, z축의 광축으로 구성되는 공간에서 볼때, 주주사방향인 y, z축으로 이루어지는 평면상에서는 비구면 형상이고, 부주사방향인 x, z축으로 이루어지는 평면상에서는 구면형상인 비구면 렌즈를 말한다. 일반적으로 와이 토로이드(Y-Toroid) 또는 캐이 형상(K-type), 비 형상(B-type) 토로이드라고 부르기도 한다.At this time, when each reflecting surface of the rotating multi-faceted mirror 4 is not parallel to the rotation axis and an inclined angle error (Wobble) is generated, when light is imaged on the drum surface 7, which is on the target surface, the sub-scanning direction The problem is that the diameter of the light becomes large. Thus, in order to minimize the enlargement of the optical diameter in the sub-scanning direction caused by the angular error, the reflection surface of the rotating multifaceted mirror 4 and the drum surface 7 are used by using a toric lens in the scanning lens system. The slope is configured to be optically conjugate point (Conjugate Point). The toric lens has an aspherical shape in a plane composed of the optical axes of the x, y, and z axes, an aspherical shape in a plane composed of the y and z axes in the main scanning direction, and a spherical shape in a plane formed in the x and z axes of the sub scanning direction. Say. Generally referred to as Y-Toroid or K-type, B-type Toroid.
따라서, 상기 토릭 표면을 가지는 렌즈를 사용함에 있어서, 회전 다면경(4)과 드럼면(7)의 각도오차를 보정하는 것이 제안되어져 있고, 초점거리 136㎜ 및 전체 주사각도 90°를 기준으로 할 때, 종래 기술에서는 회전 다면경(4)의 반사면에서 피주사면까지의 거리가 185㎜ 이상인 것이 특징이다.Therefore, in using the lens having the toric surface, it has been proposed to correct the angular error between the rotating multifaceted mirror 4 and the drum surface 7 and to be based on a focal length of 136 mm and a total scanning angle of 90 °. In this case, the prior art is characterized in that the distance from the reflective surface of the rotating polygon mirror 4 to the scan surface is 185 mm or more.
상기와 같이 되는 종래 기술에서의 주사광학장치는 주주사 방향의 회절 발산각이 부주사 방향의 회절 발산각보다 크고, 부주사 방향으로 선편광 되도록 변조된 광이 콜리메이터 렌즈에 의해 평행광이 된 후, 슬릿을 통과한다. 이 때 슬릿의 위치는 반도체 레이저와 콜리케이터 렌즈 사이에 있는 경우도 있다. 상기 슬릿에서 통과되는 평행광은 부주사 방향으로 굴절능을 가지는 실린더 렌즈에 입사하게 되고, 상기 실린더 렌즈에 입사되어 통과되는 관의 주주사 방향은 평행광으로 회전 다면경의 반사면에 입사후 주사렌즈계로 편향되고, 부주사 방향도 회전 다면경 반사면에 입사후 주사렌즈계로 편향된다. 이때, 회전 다면경의 반사면상에는 주주사 방향으로 길이를 가지는 선형상(Line Image)이 결상된다.In the conventional scanning optical apparatus, the diffraction divergence angle in the main scanning direction is larger than the diffraction divergence angle in the sub-scanning direction, and the light modulated to be linearly polarized in the sub-scanning direction becomes parallel light by the collimator lens, and then the slit. Pass through. At this time, the position of the slit may be between the semiconductor laser and the collimator lens. The parallel light passing through the slit is incident on the cylinder lens having refractive power in the sub-scanning direction, and the main scanning direction of the tube passing through the cylinder lens is incident on the reflecting surface of the multi-faceted mirror after being incident on the cylinder lens. It is deflected, and the sub-scanning direction is also deflected into the scanning lens system after being incident on the rotating multifaceted mirror reflecting surface. At this time, a linear image having a length in the main scanning direction is formed on the reflective surface of the rotating polygon mirror.
상기 주사렌즈계는 회전 다면경에 의해서 편향된 광을 피주사면인 드럼면 상에 부주사 방향으로 장축을 가지는 타원형 스팟으로 결상시키고, 또 동시에 전체 주사범위에 대해서 상기 스팟의 위치를 결정하게 되는 fθ 특성을 만족시키게 된다. 이때 회전 다면경의 각 반사면이 회전축에 대해 평행이 아니고 경사진 각도오차가 있다면 피주사면상에서 부주사 방향으로 스팟 크기가 커지게 되는 문제가 발생된다. 따라서 상기와 같은 문제를 방지하기 위하여 즉, 각도 오차에 의한 피주사면상에서 부주사 방향으로의 스팟 크기 확대를 최소가 되도록 실린더 렌즈를 사용하여 콜리메이터 렌즈에서 출사하는 부주사 방향의 광을 회전 다면경의 반사면상에 결상시켜고, 부주사 방향으로 회전 다면경의 반사면과 피주사면인 드럼면이 광학적으로 공액관계가 되게 된다.The scanning lens system forms the light deflected by the rotating polygon mirror into an elliptical spot having a long axis in the sub-scanning direction on the drum surface, which is the scanning surface, and at the same time determines the position of the spot for the entire scanning range. Satisfied. At this time, if each reflecting surface of the rotating polygon mirror is not parallel to the axis of rotation and there is an inclined angle error, the spot size increases in the sub-scanning direction on the scan surface. Therefore, in order to prevent the above problems, that is, the use of a cylinder lens to rotate the light in the sub-scanning direction emitted from the collimator lens to minimize the spot size expansion in the sub-scanning direction due to the angle error. An image is formed on the reflecting surface, and the reflecting surface of the mirror mirror and the drum surface to be scanned are optically conjugated.
그러나 실제 적용에 있어서 주사렌즈계가 구성되는 렌즈의 광학성능이 떨어지고, fθ 특성의 불량, 주사렌즈계를 구성하는 토릭면의 형태의 금형 가공이 난해하고, 회전 다면경의 반사면에서 피주사면까지의 거리가 185㎜로 길었으며, 온도, 습도, 환경 변동에 의한 플라스틱 렌즈로 구성되는 주사렌즈계의 굴절능 변화가 크게 되는 등의 문제점이 있었다.However, in practical applications, the optical performance of the lens constituting the scanning lens system is deteriorated, the fθ characteristic is poor, the machining of the toric surface constituting the scanning lens system is difficult, and the distance from the reflective surface to the surface to be scanned of the rotating multifaceted mirror is It was long as 185 mm, and there was a problem such that the refractive power change of the scanning lens system composed of plastic lenses due to temperature, humidity, and environmental variation was large.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 발명의 주된 목적은 편향면에서 피주사면까지의 거리가 167㎜로 종래에 비하여 짧도록 구성되고, 플라스틱 렌즈로 구성되는 주사렌즈계의 렌즈가 형성되는 금형가공이 용이하도록 하고, 온도, 습도, 환경변동에 의한 굴절능 변화가 최소로 되도록 구성되는 주사광학장치를 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems. The main object of the present invention is that the distance from the deflection surface to the surface to be scanned is 167 mm, which is shorter than that of the prior art, and is composed of a plastic lens. The present invention provides a scanning optical apparatus configured to facilitate mold processing in which a lens is formed and to minimize a change in refractive power due to temperature, humidity, and environmental variations.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 광이 출사되는 레이저 다이오드와, 상기 출사된 광이 광축과 나란한 평행빔이 되도록 되는 콜리메이터 렌즈와, 상기 콜리메이터 렌즈를 통과하여 입사되는 광이 부주사 방향으로 굴절되도록 하는 실린더 렌즈와, 상기 실린더 렌즈를 통과한 광이 반사면에서 제1주사렌즈로 편향되도록 하는 회전 다면경과, 상기 회전 다면경에서 반사된 광이 통과되는 주사렌즈계인 제1주사렌즈 및 제2주사렌즈와, 상기 제1, 2주사렌즈를 통과한 광이 결상되는 드럼면으로 구성되는 광학주사계에 있어서, 상기 제1주사렌즈 및 제2주사렌즈는 주주사면에서 각각의 입사면과 출사면이 비구면인 플라스틱 재질의 토릭렌즈로 되는 주사광학장치에 있는 것이다.A feature of the present invention for achieving the above object is a laser diode that emits light, a collimator lens to be a parallel beam parallel to the optical axis and the light incident through the collimator lens in the sub-scanning direction A first lens and a scanning lens system through which a cylindrical lens for refraction, a rotating polygon mirror for causing the light passing through the cylinder lens to be deflected from the reflective surface to the first scanning lens, and a scanning lens system through which the light reflected from the rotating polygon mirror passes. In an optical scanning system comprising a two-scanning lens and a drum surface on which light passing through the first and second scanning lenses is formed, the first and second scanning lenses are respectively incident and exiting from the main scanning surface. It is a scanning optical device made of a plastic toric lens whose surface is aspheric.
이하 첨부도면과 바람직한 일실시예에 따라서 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and preferred embodiments.
도 2는 본 발명에 따른 주사광학장치 주주사 방향의 요부 발췌도이고, 도 3은 본 발명에 따른 주사광학장치 부주사 방향의 요부 발췌도이다.Figure 2 is an excerpt of the main portion of the scanning optical device scanning direction according to the present invention, Figure 3 is an excerpt of the main portion of the scanning optical device sub-scanning direction according to the present invention.
본 발명에 따른 주사광학장치는 광을 출사하는 레이저 다이오드(1)와, 상기 출사된 광이 광축과 나란한 평행빔이 되도록 하고, 슬릿이 포함되는 콜리메이터 렌즈(2)와, 상기 콜리메이터 렌즈(2)를 통과하여 입사하는 광이 부주사 방향으로 굴절되도록 하는 실린더 렌즈(3)와, 상기 실린더 렌즈(3)를 통과한 광이 반사면에서 제1주사렌즈(5)로 편향되도록 하는 회전 다면경(4)과, 상기 회전 다면경(4)에서 반사되어 편향된 광이 주주사 방향으로 입사면과 출사면의 곡률이 다르게 구성되어 광이 통과되는 제1주사렌즈(5) 및 제2주사렌즈(6)와, 상기 제1, 2주사렌즈(5)(6)를 통과한 광이 결상되는 드럼면(7)으로 구성된다.The scanning optical device according to the present invention comprises a laser diode (1) for emitting light, a collimator lens (2) including a slit, and a collimator lens (2) such that the emitted light becomes a parallel beam parallel to the optical axis. A cylinder lens 3 for refracting the light incident through the lens in the sub-scanning direction, and a rotating multi-facet mirror for causing the light passing through the cylinder lens 3 to be deflected from the reflection surface to the first scanning lens 5 ( 4) and the first and second scanning lenses 6 and 6 through which the light reflected and deflected by the rotating polygon mirror 4 are configured to have different curvatures between the entrance and exit surfaces in the main scanning direction. And a drum surface 7 on which light passing through the first and second scanning lenses 5 and 6 is formed.
다음은 상기와 같이 구성된 본 발명의 작동상태에 대해서 설명한다.The following describes the operating state of the present invention configured as described above.
레이저 다이오드(1)에서 주주사 방향으로의 광 발산각이 부주사 방향의 빌산각보다 크게 되는 광이 출사된다. 상기 레이저 다이오드(1)에서 출사된 광은 상기 콜리메이터 렌즈(2)를 통과한 후, 광축과 나란한 평행광이 되고, 상기의 평행광은 콜리메이터 렌즈(2)의 단부에 형성된 슬릿을 통과한 후, 부주사 방향으로 굴절능을 가지는 실린더 렌즈(3)에 입사되어 통과된다. 상기의 실린더 렌즈(3)에서 통과된 광은 회전 다면경(4)의 반사면에 의해 반사되어서 주사렌즈계인 제1주사렌즈(5) 및 제2주사렌즈(6)로 편향되고, 이때 회전 다면경(4)의 반사면상에는 선형상이 결상된다. 상기 제1, 2주사렌즈(5)(6)로 편향되는 광은 제1, 2주사렌즈(5)(6)에 대하여 주주사 방향은 평행광으로 입사되고, 부주사방향은 발산강으로 입사된다.Light emitted from the laser diode 1 in which the light divergence angle in the main scanning direction is larger than the bilsan angle in the sub scanning direction is emitted. After the light emitted from the laser diode 1 passes through the collimator lens 2, the light becomes parallel light parallel to the optical axis, and the parallel light passes through the slit formed at the end of the collimator lens 2, It enters and passes through the cylinder lens 3 having refractive power in the sub-scanning direction. The light passing through the cylinder lens 3 is reflected by the reflecting surface of the rotating polygon mirror 4 and is deflected to the first scanning lens 5 and the second scanning lens 6, which are scanning lens systems. On the reflective surface of the mirror 4, a linear image is formed. The light deflected by the first and second scanning lenses 5 and 6 is incident with parallel light on the first and second scanning lenses 5 and 6, and the sub-scanning direction is incident with diverging steel. .
제1주사렌즈(5)의 주주사면 곡률 R1과 부주사면 곡률 R1'인 입사면(5a)과 주주사면 곡률 R2와 부주사면 곡률 R2'인 출사면(5b) 및 제2주사렌즈(6)의 주주사면 곡률 R3과 부주사면 곡률 R3'인 입사면(6a)과 주주사면 곡률 R4와 부주사면 곡률 R4'인 출사면(6b)으로 구성되는 제1, 2주사렌즈(5)(6)의 렌즈는 주주사면의 곡면형상과 부주사면의 곡면형상이 서로 다른 비구면(非球面)으로 형성되는 토릭렌즈로써, 도 5와 같이 광이 결상되는 드럼면에 부주사 방향으로 장축을 가지는 타원형의 스팟을 형성시킨다.The incident surface 5a of the main scanning surface curvature R1 and the subscanning surface curvature R1 'of the first scanning lens 5 and the exit surface 5b and the second scanning lens 6 having the main scanning surface curvature R2 and the subscanning surface curvature R2' The lens of the first and second scanning lenses 5 and 6, which is composed of an entrance face 6a having a main scanning curvature R3 and a subscanning curvature R3 'and an exit surface 6b having a main scanning curvature R4 and a subscanning curvature R4'. Is a toric lens in which the curved shape of the main and sub-scanned surfaces is formed with different aspherical surfaces, and as shown in FIG. 5, an elliptical spot having a long axis in the sub-scan direction is formed on a drum surface where light is formed. Let's do it.
한편, 상기의 제1주사렌즈(5) 및 제2주사렌즈(6)에 비구면으로 형성되는 렌즈는 주사렌즈계의 렌즈면 형상이 금형가공의 용이성을 고려하여 플라스틱 재질로 형성되는 토릭렌즈가 적용되는데 아래의 식(1)은 본 발명에서 적용된 토릭렌즈의 주주사 방향의 비구면 곡선 형상식이고, 식(2)는 제1, 2주사렌즈의 입사면과 출사면의 형상식이다.On the other hand, as for the lenses formed aspherical on the first scanning lens 5 and the second scanning lens 6, a toric lens in which the shape of the lens surface of the scanning lens system is formed in consideration of the ease of mold processing is applied. Equation (1) below is an aspherical curve shape formula in the main scanning direction of the toric lens applied in the present invention, and Equation (2) is a shape formula of the incidence and exit surfaces of the first and second scanning lenses.
(X : 부주사방향의 X축, Y : 주주사방향의 Y축, Z : 광축방향의 Z축, c:1/R인 광축근방의 주주사 방향 곡률반경(curvature), c':1/R'인 광축근방의 부주사 방향 곡률반경, k :주주사 방향의 원추곡면계수(conic constant), A:4차 비구면 계수, B : 6차 비구면 계수, C : 8차 비구면 계수)(X: X axis in the sub-scan direction, Y: Y axis in the main scan direction, Z: Z axis in the optical axis direction, curvature in the main scan direction near the optical axis, which is c: 1 / R, c ': 1 / R' Radius of curvature in the sub-scanning direction near the optical axis, k: conic constant in the main scanning direction, (conic constant), A: 4th aspherical coefficient, B: 6th aspherical coefficient, C: 8th aspherical coefficient)
또한, 본 발명에 따른 주사광학장치의 제1주사렌즈(5) 및 제2주사렌즈(6)의 주주사면은 아래의 식 (3), (4), (5)이 만족되는 비구면으로 형성된다.In addition, the main scanning surface of the first scanning lens 5 and the second scanning lens 6 of the scanning optical device according to the present invention is formed as an aspherical surface satisfying the following equations (3), (4) and (5). .
상기 식(3)에서 P는 광축근방에서의 전체 굴절능(refractive Power)이고, p1, p2, p3, p4는 제1주사렌즈(5) 및 제2주사렌즈(6)의 주주사면과 부주사면의 광축근방 굴절능이고, c1(=1/R1), c2(=1/R2), c3(=1/R3), c4(=1/R4)는 광축근방에서 주주사방향으로 제1주사렌즈(5)의 곡률 R1을 갖는 입사면과 곡률 R2를 갖는 출사면 및 제2주사렌즈(6)의 곡률 R3을 갖는 입사면과 곡률 R4를 갖는 출사면의 각각의 주사면 곡률반경이며, T는 온도, n은 온도 T에 따라 변화되는 광학매질의 굴절율이다.In Equation (3), P is the total refractive power in the vicinity of the optical axis, and p 1 , p 2 , p 3 , and p 4 are the shareholders of the first and second scanning lenses 5 and 6. Near the optical axis of the slope and sub-scan, c 1 (= 1 / R1), c 2 (= 1 / R2), c 3 (= 1 / R3), c 4 (= 1 / R4) The respective main surfaces of the entrance surface having the curvature R1 and the exit surface having the curvature R2 and the entrance surface having the curvature R3 of the second scanning lens 6 and the exit surface having the curvature R4 in the main scanning direction It is the slope of the slope of curvature, T is the temperature, n is the refractive index of the optical medium that changes depending on the temperature T.
상기 제1주사렌즈(5)와 제2주사렌즈(6) 부주사면의 렌즈면 경상은 상기 회전 다면경 방향으로 오목한 면이 형성되는 것이고, 상기 곡률반경인 c2, c4의 부호가 음인 것은 음의 굴절능 즉, 광이 집광되지 않고 발산되는 것을 나타낸다.The lens surface mirror image of the first scanning lens 5 and the sub scanning surface of the second scanning lens 6 is a concave surface formed in the rotating polyhedral direction, and the sign of the curvature radii c 2 and c 4 is negative. Negative refractive power, i.e., light is emitted without being focused.
식(4)는 온도 변화에 따른 주주사방향의 광축근방 굴절능 변화를 나타낸 식이고, 식 (5)는 광축근방에서의 상면만곡도를 나타내는 페츠발 합이다. 식 (3)의 전체 굴절능 P(=1/f')를 1/136㎜로 정하면, 식 (4)와 식 (5)의 우변의 괄호안 항은 1/{136(n-1)}이 된다. 본 발명에서는, 제1주사렌즈의 굴절능이 전체 굴절능과 거의 같은 값을 가지도록 결정됨으로써, 제2주사렌즈 렌즈의 직경 즉, 크기인 유효경(Clear aperture)이 작도록 된다. 또한, 식 (4)는 식 (3)과 광학매질의 온도 변화 특성으로 결정되고, 식 (5)는 식 (3)과 광학매질의 굴절률로부터 결정된다.Equation (4) shows the change in refractive power near the optical axis in the main scanning direction with temperature change, and Equation (5) is the Petzval sum indicating the top curvature in the vicinity of the optical axis. If the total refractive power P (= 1 / f ') of equation (3) is set to 1/136 mm, the terms in the parentheses on the right side of equation (4) and equation (5) are 1 / {136 (n-1)}. Becomes In the present invention, the refractive power of the first scanning lens is determined to have a value almost equal to the total refractive power, so that the diameter of the second scanning lens lens, that is, the size of the clear aperture, is small. In addition, equation (4) is determined by the temperature change characteristic of equation (3) and the optical medium, and equation (5) is determined from the refractive index of equation (3) and the optical medium.
즉, P1+ P2= (n-1)(c1- c2) 3 4 That is, P 1 + P 2 = (n-1) (c 1 -c 2 ) 3 4
식 (6)에서 P'은 광축근방에서의 부주사 방향 전체 굴절능이고, p1', p2', p3', p4'는 제1주사렌즈(5) 및 제2주사렌즈(6) 각각의 부주사면의 광축근방 굴절능이고, c1'(=1/R1'), c2'(=1/R2'), c3'(=1/R3'), c4'(=1/R4')는 광축근방에서 부주사방향으로 각각의 주사면의 곡률반경이다. 식 (7)는 온도 변화에 따른 부주사방향의 광축근방 굴절능 변화이다. 식 (8)는 광축근방에서의 상면만곡도를 나타내는 페츠발 합이고, d1은 제1주사렌즈(5)의 두께, d2는 제1주사렌즈(5) 및 제2주사렌즈(6) 사이의 거리, d3는 제2주사렌즈(6)의 두께이다.In Equation (6), P 'is the total refractive power in the sub-scanning direction near the optical axis, and p 1 ', p 2 ', p 3 ', p 4 'are the first and second scanning lenses 5 and 6 ) Is the refractive index near the optical axis of each subscanning surface, c 1 '(= 1 / R1'), c 2 '(= 1 / R2'), c 3 '(= 1 / R3'), c 4 '(= 1 / R4 ') is the radius of curvature of each scanning surface in the sub-scanning direction near the optical axis. Equation (7) is the change in refractive index near the optical axis in the sub-scanning direction with temperature change. Equation (8) is the Petzval sum indicating the image curvature near the optical axis, d 1 is the thickness of the first scanning lens 5, and d 2 is between the first and second scanning lenses 5 and 6. D 3 is the thickness of the second scanning lens 6.
식 (7)에서 온도 변화에 따르는 굴절능을 최소로 하기 위하여 우변의 제 1항과 제 2 항의 값이 같게 결정된다. 즉, 식 (7)에서 우변의 제 1 항과 제 2 항의 값을 같도록 광학매질과 굴절능 및 거리 등이 결정되면, 온도에 따른 굴절능 변화가 최소로 되도록 만들 수 있다. 그래서 본 발명에서는 식 (7)의 우변의 제 1항과 제 2 항을 거의 비슷한 값이 되도록 주사렌즈계를 구성함으로써 식 (6)을 만족시키게 된다.In equation (7), the values of the first and second terms on the right side are determined to be the same in order to minimize the refractive power according to the temperature change. That is, when the optical medium, the refractive power, the distance, and the like are determined to have the same value of the first and second terms on the right side in Equation (7), the change in refractive power with temperature can be minimized. Therefore, the present invention satisfies Equation (6) by constructing the scanning lens system so that the first and second terms on the right side of Equation (7) become almost similar values.
상기와 같이 구성된 주사광학장치의 주사렌즈계는, 상기 제1주사렌즈(5)와 제2주사렌즈(6)의 주주사면의 초점거리를 각각 f1, f2라고 할 때, f1/f2은 0,01 f1/f2 0.10 로 되고, 상기 제1주사렌즈(5)와 제2주사렌즈(6) 부주사면의 초점거리를 각각 f1', f2'라고 할 때, f1'/f2'는 2.0 fl'/f2' 10.0 로 되고, 상기 제1주사렌즈(5)의 주주사면과 부주사면의 초점거리를 각각 fl, fl'라고 할 때, f1/f1'는 0.1 f1/f1' 1.0 로 되고, 상기 제2주사렌즈(6)의 주주사면과 부주사면의 초점거리를 각각 f2, f2'라고 할 때, f2/f2'는 20.0 f2/f2' 80.0 로 되고, 상기 제1주사렌즈(5)와 제2주사렌즈(6)의 초점거리를 f, 상기 회전 다면경(4)의 편향점으로부터 첫번째 면인 상기 제1주사렌즈(5)의 입사면까지의 거리를 1로 할 때, f/1은 5.0 f/1 10.0 이 만족되도록 된다.In the scanning lens system of the scanning optical device configured as described above, when the focal lengths of the main scanning surfaces of the first and second scanning lenses 5 and 6 are f1 and f2, respectively, f1 / f2 is 0,01. When f1 / f2 is 0.10 and the focal lengths of the sub-scan surfaces of the first and second scanning lenses 5 and 6 are respectively f1 'and f2', f1 '/ f2' is 2.0 fl '/ f2. '10 .0, and when the focal lengths of the main scanning surface and the sub scanning surface of the first scanning lens 5 are fl and fl ', respectively, f1 / f1' is 0.1 f1 / f1 '1.0, and the second scanning When the focal lengths of the main and sub-scanning surfaces of the lens 6 are f2 and f2 ', respectively, f2 / f2' becomes 20.0 f2 / f2 '80.0, and the first and second scanning lenses When f is the focal length of (6) and the distance from the deflection point of the rotating polygon mirror 4 to the incident surface of the first scanning lens 5 is 1, f / 1 is 5.0 f / 1. 10.0 is satisfied.
또, 회전 다면경의 반사면인 편향면에서 결상면인 피주사면의 드럼면까지의 거리가 짧게되면 될수록 피주사면상의 스팟 크기 및 fθ 특성이 양호하게 유지되기 어렵다. 그래서 본 발명에서는 각각의 주사렌즈의 입사면과 출사면에 비구면인 토릭렌즈를 적용함으로씨, 피주사면상에서의 스팟 크기 및 fθ 특성이 양호하게 유지되도록 되고, 토릭렌즈의 성질을 이용하여 회전 다면경의 각도오차도 보정되게 된다.Further, the shorter the distance from the deflection surface, which is the reflection surface of the rotating polygon mirror, to the drum surface of the imaging surface, which is an imaging surface, the less the spot size and fθ characteristic on the scanning surface is maintained. Therefore, in the present invention, by applying an aspheric toric lens to the entrance and exit surfaces of each scanning lens, the spot size and the fθ characteristic on the seed, the scanned surface are maintained well, and if the rotation is made using the properties of the toric lens, The angle error of the mirror is also corrected.
도 4는 본 발명에 따른 피주사면상의 전체주사 영역에 대한 fθ특성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 피주사면상에서의 회절강도 분포도이다.4 is an fθ characteristic view of the entire scanning region on the scan surface according to the present invention, and FIG. 5 is a distribution of diffraction intensity on the scan surface according to the present invention.
도 4의 fθ특성은 스팟 위치에서의 선평성(Linearity) 정도를 나타내는 양으로써 {(y-fθ)/fθ}·100%로 정의되고, 도 5의 회절강도 분포는 이상적인 렌즈의 최대 강도(Peak Intensity)가 1.0으로 될 때, C1, C2, C3, C4, C5는 각각 강도가 0.9, 0.7, 0.5, 0.3, 0.14일 때의 선(Line) 들이다.The fθ characteristic of FIG. 4 is defined as {(y-fθ) / fθ} · 100% as an amount representing the degree of linearity at the spot position, and the diffraction intensity distribution of FIG. 5 is the maximum intensity of the ideal lens (Peak). When Intensity is 1.0, C 1 , C 2 , C 3 , C 4 , and C 5 are lines when the strengths are 0.9, 0.7, 0.5, 0.3, and 0.14, respectively.
한편, 표1은 본 발명에 따른 주사광학장치의 광학적 특성값이다.On the other hand, Table 1 is an optical characteristic value of the scanning optical device according to the present invention.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 주사광학장치는 각각의 입사면과 출사면이 플라스틱 재질의 토릭렌즈로 되는 주사렌즈를 사용함으로써, 적어도 600dpi 이상의 광학 성능, -0.2% fθ 0.2% 범위로의 fθ 특성 향상, 적어도 94°이상의 주사각도의 광각화, 회전 다면경에서 피주사면까지의 거리가 167㎜로 축소 및 5.0℃-50.0℃에서의 온도변화에 따른 주사렌즈계의 굴절능 변화가 적게되어 광학 성능이 향상되는 등의 특질을 지닌 것이다.As described in detail above, the scanning optical device according to the present invention uses a scanning lens in which each of the entrance and exit surfaces is a toric lens made of plastic, so that optical performance of at least 600 dpi or more, and -0.2% fθ 0.2% Improved fθ characteristic, wide angle of scanning angle of at least 94 °, reduction of the distance from the rotating polygonal mirror to the target surface to 167mm and the change of refractive power of the scanning lens system due to the temperature change at 5.0 ℃ -50.0 ℃ It has such characteristics as improved performance.
수치실시예Numerical Example
주주사 단면에서의 전주사렌즈계 초점거리= 136.00㎜ 부주사 단면에서의 전주사렌즈계 초점거리= 39.27㎜ 최대주사각도=94.°타원형 슬릿의 지름= 2.54㎜(주주사 방향)×0.44㎜(부주사 방향) 슬릿에서 실린더 렌즈까지의 거리=21.00㎜ 실린더 렌즈의 초점거리=22.63㎜ 주사렌즈계의 부주사 방향 배율= 1.82Focal length of the prescan lens system in the main scanning section = 136.00 mm Focal length of the prescan lens system in the subscan section = 39.27 mm Maximum scanning angle = 94. ° Diameter of the elliptical slit = 2.54 mm (scan direction) × 0.44 mm (sub-scan direction) ) Distance from slit to cylinder lens = 21.00 mm Focal length of cylinder lens = 22.63 mm Sub-scan magnification of scanning lens system = 1.82
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Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019960058005A KR19980039051A (en) | 1996-11-27 | 1996-11-27 | Scanning optics |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019960058005A KR19980039051A (en) | 1996-11-27 | 1996-11-27 | Scanning optics |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| KR19980039051A true KR19980039051A (en) | 1998-08-17 |
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|---|---|---|---|
| KR1019960058005A KR19980039051A (en) | 1996-11-27 | 1996-11-27 | Scanning optics |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR19980039051A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100797717B1 (en) * | 2004-06-07 | 2008-01-23 | 삼성전기주식회사 | Method for contolling beam scanning timing and beam energy, and scanning apparatus using the same |
-
1996
- 1996-11-27 KR KR1019960058005A patent/KR19980039051A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100797717B1 (en) * | 2004-06-07 | 2008-01-23 | 삼성전기주식회사 | Method for contolling beam scanning timing and beam energy, and scanning apparatus using the same |
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