KR19980067363A - 멀티 빔 레이저 스캐너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 멀티 빔 레이저 스캐너에 관한 것으로서, 이는 기존의 반도체 레이저에서 실현하기 어려웠던 광원을 기판의 동일면상에 다수개 배치하여 동시에 여러 개의 스폿(Spot) 형성으로, 스캐닝 속도 향상 및 저가격화 하도록 한 것이다.

이와 같은 본 발명은 반도체 레이저에서 출사된 레이저 빔을 평행 광으로 진행시키는 콜리메이터 렌즈와; 상기 평행 광을 수평방향의 선형 광으로 진행시키는 실린더형 렌즈와; 상기 수평방향의 선형 광을 등선속도로 이동시켜 스캐닝하여 결상용 렌즈를 통해 감광드럼에 점상으로 결상시키는 폴리건 미러로 이루어진 스캐닝 유니트에 있어서, 작은 단면적을 갖고 방향성과 작은 라인폭(line-width)을 제공하는 수직 결정면으로 이루어진 표면조사용 레이저를 기판의 동일면상에 배열하여 상기 콜리메이터 렌즈 및 실린더형 렌즈를 통해 폴리건 미러에 주사하여 주도록 구성함을 특징으로 한다.

이에 따라 수직 결정면으로 이루어진 표면조사용 레이저 다이오드를 기판의 동일면상에 적당한 간격으로 배열하여 복수의 레이저 빔을 소정간격으로 출사시켜 동시에 스캐닝을 수행함으로서 인쇄속도가 향상될 뿐 아니라 구조가 간단하여 저가격화 할 수 있음을 알 수 있다.

Description

멀티 빔 레이저 스캐너.

본 발명은 레이저 빔을 사용하여 스캐닝하는 스캐너에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표면조사(照射)용 레이저 다이오드(SEL; Surface Emitting Laser Diode)의 광원을 동일 면상에 복수 개로 배열하여 복수의 레이저 빔을 동시에 스캐닝함으로서 스캐닝 속도가 향상되는 멀티 빔 레이저 스캐너에 관한 것이다.

일반적으로, 레이저 콤퍼런트, 포토 스캐닝 및 기록 장치 등에서 사용되는 레이저 프린터는 반도체 레이저를 사용, 다각형의 폴리건 미러를 회전시켜 홀로그램 디스크 등에 형성된 기록면을 소정의 광원 및 레이저 빔을 통하여 스캐닝하게 된다.

이와 같은 종류의 장치에서 기록 속도를 향상시키는 방법으로는 회전하는 다각형 미러의 각각에 대하여 레이저 빔이 굴절되는 속도를 증가시킴으로써, 홀로그램 등의 스캐닝 속도를 고속화하는 효과를 얻을 수가 있다.

그러나, 이와 같이 회전 속도를 증가시키려면 에어 베어링이나 마그네틱 베어링 등을 사용하여야 하는데 이와 같은 장치는 그 가격이 매우 비싼 문제점이 있었다.

도 1은 종래 반도체 레이저 스캐너를 보인 구성도 이다.

도 1을 참조하면, 먼저 반도체 레이저 다이오드(100)로부터 광원으로 사용하기 위한 레이저 빔이 출사된다.

상기 출사된 레이저 빔은 콜리메이터 렌즈(101)에 의해 광축에 대해 평행한 광속으로 조절된다.

상기 콜리메이터 렌즈(101)를 통한 평행 광은 실린더형 렌즈(102)에 의해 부주사방향에 대해 수평방향의 선형 광으로 조절된다.

상기 콜리메이터 렌즈(101)를 통한 수평방향의 선형 광은 모터(104)의 회전축에 회전이 자유롭게 지지된 광편향 소자인 다각형의 폴리건 미러(103)의 회전 반사에 의해 등선속도로 이동되어 대상물을 스캐닝하게 된다.

즉 다시 말해서, 상기 다각형의 폴리건 미러(103)에 수평방향의 선형 광이 집광되면, 그 폴리건 미러(103)가 모터(104)에 의해 회전하고 있으므로 각도에 따라 광이 등선속도로 굴절 이동되어 결상용 렌즈군(105)에 집광된다.

상기 결상용 렌즈군(105)은 폴리건 미러(103)로부터 등선속도로 굴절되어 집광되는 광을 주 스캐닝 방향에 대해 구면수차(fθ)의 오차를 보정하여 편광 시키게 된다(여기서, f는 초점거리이고 θ는 화각, 즉 주사 각이다).

즉, 상기 결상용 렌즈군(105)은, 구면수차를 보정하기 위해 일정한 굴절률을 갖고 레이저 빔을 편향시키는 구면렌즈(105a)와, 이 구면렌즈(105a)와 다른 굴절률을 갖고 레이저 빔을 주 스캐닝 방향으로 편광시켜 스캐닝 면상에 포커스를 맞추어 주는 토릭렌즈(105b)를 포함한다.

상기 결상용 렌즈군(105)을 통한 레이저 빔은 결상용 반사미러(106)를 통해 수직방향으로 반사되어 감광드럼(107)의 표면에 점상으로 결상시켜 주게 된다.

그러나, 이와 같은 종래 반도체 레이저 스캐닝 유니트에서의 기록 속도를 향상시키기 위해 회전하는 다각형 미러, 즉 폴리건 미러의 각각에 대하여 레이저 빔이 굴절되는 속도를 증가시켜, 홀로그램 등의 스캐닝 속도를 고속화하는 효과는 얻었으나, 이와 같이 회전 속도를 증가시켜 고속화를 시키려면 에어 베어링이나 마그네틱 베어링 등을 사용하여야 하는데 이와 같은 장치는 그 가격이 매우 비싼 문제점이 있었다.

또한, 상기 고가격의 에어 베어링이나 마그네틱 베어링을 사용치 않고 전술한 도 1과 같은 볼베어링을 사용하는 레이저 스캐닝 유니트는 그 제품의 가격면에 있어서는 소비자의 욕구를 충족시켜주는 반면에 하나의 반도체 레이저 다이오드를 사용하여 폴리건 미러에 레이저 빔을 주사시킴으로써, 즉 다시 말해 하나의 콜리메이터 렌즈에 대해 면적이 큰 하나의 반도체 레이저를 사용하여 한 라인의 스캐닝만을 수행함으로써, 주지하다시피, 스캐닝 속도가 상당히 저하되므로 결국 기능 면에 있어서는, 소비자의 욕구를 만족시키지 못하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 반도체 레이저 스캐닝 유니트가 가지는 문제점을 감안하여 본 발명의 한 견지로서, 기존의 반도체 레이저에서는 실현하기 어려웠던 광원을 기판의 동일면상에 다수 개로 구성하여 동시에 여러 개의 스폿(Spot) 형성으로서, 스캐닝 속도를 향상시키도록 하는 멀티 빔 레이저 스캐너를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 견지로서, 스캐너의 가격을 낮출 수 있고 구조가 간단하며 광학적으로 안정된 화질 및 인쇄속도 향상의 한계를 극복할 수 있는 멀티 빔 레이저 스캐너를 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 견지로서, 작은 단면적을 갖고 방향성과 작은 라인폭을 제공하는 표면조사용 레이저를 기판의 동일면상에 적어도 두 개 이상 배열하여 하나의 콜리메이터 렌즈 및 실린더형 렌즈에 대해 상기 다수의 레이저 빔을 상호 간섭 없이 수용케 하는데 있다.

도 1은 종래 반도체 레이저 스캐닝 유니트를 보인 사시도.

도 2는 본 발명 멀티 빔 레이저 스캐너를 보인 실시예 구성도.

도면의주요부분에대한부호의설명

200 : 기판 201,202 : 표면조사용 레이저다이오드

203 : 콜리메이터 렌즈 204 : 실린더형 렌즈

205 : 폴리건 미러 206 : 구면렌즈

207 : 감광드럼

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 멀티 빔 레이저 스캐너는, 반도체 레이저에서 출사된 레이저 빔을 평행 광으로 진행시키는 콜리메이터 렌즈와; 상기 평행 광을 부주사 방향에 대해 수평방향의 선형 광으로 만들어주는 실린더형 렌즈와; 상기 수평방향의 선형 광을 등선속도로 이동시켜 스캐닝하여 결상용 렌즈를 통해 감광드럼에 점상으로 결상시키는 폴리건 미러로 이루어진 스캐닝 유니트에 있어서, 작은 단면적을 갖고 방향성과 작은 라인폭(line-width)을 제공하는 수직 결정면으로 이루어진 표면조사용 레이저를 기판의 동일면상에 적당한 길이에 걸쳐서 연속 배열하여 상기 콜리메이터 렌즈 및 실린더형 렌즈를 통해 폴리건 미러에 주사하여 주도록 구성함을 그 특징으로 한다.

상기 본 발명에 의한 멀티 빔 레이저 스캐너에 있어서, 상기 기판의 동일면상에 배열된 표면조사용 레이저는, 두 개 이상인 것이 바람직하다.

상기 본 발명에 의한 멀티 빔 레이저 스캐너에 있어서, 상기 기판의 동일면상에 배열된 표면조사용 레이저는, 상기 하나의 콜리메이터 렌즈를 기준으로 상호 레이저 빔의 간섭이 없도록 두 개로 하는 것이 바람직하다.

상기 본 발명에 의한 멀티 빔 레이저 스캐너에 있어서, 상기 표면조사용 레이저에서 출사된 적어도 두 개 방향의 레이저 빔들을 상기 회전하는 폴리건 미러의 표면 회전각 내로 상호 간섭 없이 이동시켜 주기 위해 상기 레이저 빔들을 소정간격으로 입사시켜 주는 것이 바람직하다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 멀티 빔 레이저 스캐너는, 반도체 레이저에서 출사된 레이저 빔을 평행 광으로 진행시키는 콜리메이터 렌즈; 상기 평행 광을 수평방향의 선형 광으로 진행시키는 실린더형 렌즈; 상기 수평방향의 선형 광을 등선속도로 이동시켜 스캐닝하여 결상용 렌즈를 통해 감광드럼에 점상으로 결상시키는 폴리건 미러로 이루어진 스캐닝 유니트에 있어서, 작은 단면적을 갖고 적어도 두 개 이상의 방향으로 레이저 빔을 출사하는 표면조사용 레이저군을 상기 콜리메이터 렌즈의 입사면에 일치되게 기판에 배치하여 상기 콜리메이터 렌즈 및 실린더형 렌즈를 통해 폴리건 미러에 주사하여 주도록 구성함을 그 특징으로 한다.

그 결과, 수직 결정면으로 이루어진 표면조사용 레이저 다이오드를 기판의 동일면상에 적당한 간격으로 배열하여 복수의 레이저 빔을 소정간격으로 출사시켜 동시에 스캐닝을 수행함을 알 수 있다.

따라서, 하나의 콜리메이터 렌즈 및 실린더형 렌즈에 대해 복수의 표면조사용 레이저를 사용함으로 인하여 스캐너의 가격이 낮아지고 또한 구조가 간단하며 광학적으로 안정된 화질과 인쇄속도 향상을 제공할 수 있는 이점이 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하고자 한다. 이 바람직한 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 멀티 빔 레이저 스캐너의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명 멀티 빔 레이저 스캐너를 보인 실시예 구성도 이다.

본 실시 예에 따르면, 작은 단면적을 갖으며 방향성과 작은 라인폭(line-width)을 제공하고 기판(200)의 동일면상에 적당한 길이에 걸쳐 연속 배열되어져 각각 소정간격으로 레이저 빔을 출사하는 수직 결정면으로 이루어진 제 1, 제 2표면조사용 레이저 다이오드(201),(202)와; 상기 제 1, 제 2표면조사용 레이저 다이오드(201),(202)에서 소정간격으로 출사된 두 레이저 빔들을 광축에 대해 평행 광으로 만들어주는 콜리메이터 렌즈(203)와; 상기 콜리메이터 렌즈(203)를 통한 평행 광을 부주사 방향에 대해 수평방향의 선형 광으로 만들어주는 실린더형 렌즈(204)와; 상기 실린더형 렌즈(204)를 통한 수평방향의 선형 광을 등선속도로 이동시켜 스캐닝하는 폴리건 미러(205)와; 광축에 대해 일정한 음의 굴절률을 갖고 상기 폴리건 미러(205)를 통한 등선속도의 광을 주 스캐닝 방향으로 편광 시키고 구면수차를 보정 및 포커스를 맞추어 결상면인 감광드럼(207)의 표면에 점상으로 결상시켜 주는 구면렌즈(206)로 구성한다.

상기 기판(200)에 동일면상으로 배열되는 표면조사용 레이저 다이오드(201),(202)는 스캐닝 속도를 더욱 향상시키기 위해 두 개이상 배열할 수 있다.

그리고, 상기 표면조사용 레이저 다이오드(201),(202)를 하나로 칩화시켜 각각 레이저 빔을 출사시키도록 구성할 수도 있다.

이하, 첨부한 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 이하를 통해 설명하기로 한다.

먼저 도 2에는 기판(200)의 동일면상에 적당한 길이에 걸쳐 연속적으로 배열된 표면조사용 레이저 다이오드가 제시되어 있다.

여기서 본 발명에 사용되는 표면조사용 레이저 다이오드를 간략하게 설명한 다음 이를 이용한 본 발명 멀티 빔 레이저 스캐너의 동작을 더욱 구체화하기로 한다.

주지하다시피, 반도체 레이저는 여러 용도에 사용될 수 있는 중요한 기기로써, 최근들어 상용되는 그 한 종류는 전술한 수직 결정면의 표면조사용 레이저(SEL)가 있다.

상기와 같은 표면 조사용 레이저 다이오드는 다양한 조성의 물질로 이루어진 반도체의 에픽택셀 성장면이 정확히 제어될 수가 있게 된다.

그리고, 상기 수직 결정면의 표면조사용 레이저 다이오드는 작은 단면적을 갖도록 설계되어 있다.

아울러 소단면을 이루는 결정면(Cavity)은 향상된 방향성과 더 작은 라인폭(line-width)를 제공해 준다.

이와 같은 수직 결정면의 표면조사용 레이저 다이오드(201),(202)를 상기한 기판(200)의 동일면상에, 하나의 콜리메이터 렌즈(203)에 대해서 작게는 두 개 또는 많게는 세 개 이상 소정의 간격으로 배열하여 각각 소정간격으로 레이저 빔을 출사시키도록 한다.

또한, 본 발명의 다른 실시 예로서는, 상기 표면조사용 레이저 다이오드(201),(202)를 하나로 칩화하여 그로부터 출사된 레이저 빔들이 콜리메이터 렌즈(203)의 입사면에 정확히 입사되도록 기판(200)에 배치할 수도 있다.

이와 같이, 표면조사용 레이저 다이오드를 칩화시키게 되면, 콜리메이터 렌즈(203)의 입사면에 대해서 기판(200)에 배치하는 어려움이 조금 덜어질 수도 있다.

상기에서 레이저 빔들을 소정간격으로 출사시키는 이유는 광축에 대해 상호 간섭 없이 하기 위해서이다.

상기 제 1, 제 2표면조사용 레이저 다이오드(201),(202)로부터 출사된 레이저 빔들은 이후에 설명될 다각형 폴리건 미러(205)에 의해 굴절되고, 소정의 구면렌즈(206)를 통해서 스캐닝 면상에, 즉 감광드럼(207)의 표면에 스폿을 형성시키게 된다.

그 후에 상기 빔들은 상기 다각형 폴리건 미러(205)의 회전에 의해 상기 감광드럼(207)의 표면 내에 스캐닝되게 된다.

본 발명에서는 소정의 광원으로써 두 개의 표면조사용 레이저, 즉 제 1, 제 2표면조사용 레이저 다이오드(201),(202)를 사용하게 된다.

상기 제 1, 제 2표면조사용 레이저 다이오드(201),(202)로부터 출사된 레이저 빔들은 콜리메이터 렌즈(203)에 의해 광축에 대해 평행한 광속으로 조절되고, 실린더형 렌즈(204)를 통하여 부주사 방향에 대해 수평방향의 선형 광으로 조절된다.

상기 실린더형 렌즈(204)를 통한 수평방향의 선형 광은 모터(도면에 미 도시)의 회전축에 회전이 자유롭게 지지된 광편향 소자인 다각형의 폴리건 미러(205)에 의해 대상물을 스캐닝하게 되는 것이다.

즉 다시 말해서, 상기 제 1, 제 2표면조사용 레이저 다이오드(201),(202)로부터 나온 빔들을 폴리건 미러(205)의 다각면에 ΔH간격으로 입사시켜 서로의 간섭을 없애도록 하였다.

따라서, 본 발명에 의한 각각의 제 1, 제 2표면조사용 레이저 다이오드(201),(202)가 짝,홀수로 인입되는 스캐닝 라인 신호에 의해 독립적으로 스캐닝 과정을 실시하게 될 때 두 개의(이때는 표면조사용 레이저 다이오드를 두 개 사용했을 경우이다.) 스캐닝 라인을 동시에 상기한 감광드럼(207)의 표면에 점상으로 결상하는 것이 가능하게 되고, 그 결과 회전하는 폴리건 미러(205)를 두배의 속도로 회전시키는 것과 동일한 결과를 얻게 되어 결국 스캐닝 속도가 향상되는 결과를 얻을 수 있는 것이다.

이상에서와 같이, 본 실시 예에서는 수직 결정면으로 이루어진 제 1, 제 2표면조사용 레이저 다이오드(201),(202)를 기판(200)의 동일면상에 적당한 간격으로 배열하여 복수의 레이저 빔을 다각형의 폴리건 미러의 입사면에 소정간격으로 입사시켜 스캐닝을 수행하게 함으로써, 인쇄속도가 향상되고 가격이 낮아지며 또한 구조가 간단해짐을 알 수 있다.

그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.

이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.

본 발명은 작은 단면적을 갖고 방향성과 작은 라인폭을 제공하는 수직 결정면으로 이루어진 표면조사용 레이저 다이오드를 기판의 동일면상에 복수 개로 배열하여 복수의 레이저 빔들을 동시에 스캐닝하게 함으로써 스캐닝 속도가 향상될 뿐 아니라 구조가 간단하고 제품의 가격이 다운되어 그 결과 속도향상 및 저가격의 취지에 부합되는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 반도체 레이저에서 출사된 레이저 빔을 평행 광으로 진행시키는 콜리메이터 렌즈; 상기 평행 광을 수평방향의 선형 광으로 진행시키는 실린더형 렌즈; 상기 수평방향의 선형 광을 등선속도로 이동시켜 스캐닝하여 결상용 렌즈를 통해 감광드럼에 점상으로 결상시키는 폴리건 미러로 이루어진 스캐닝 유니트에 있어서,

   작은 단면적을 갖고 방향성과 작은 라인폭(line-width)을 제공하는 수직 결정면으로 이루어진 표면조사용 레이저를 기판의 동일면상에 배열하여 상기 콜리메이터 렌즈 및 실린더형 렌즈를 통해 폴리건 미러에 주사하여 주도록 구성함을 특징으로 한 멀티 빔 레이저 스캐너.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 기판의 동일면상에 배열된 표면조사용 레이저는, 적어도 두 개 이상인 것을 특징으로 한 멀티 빔 레이저 스캐너.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 기판의 동일면상에 배열된 표면조사용 레이저는, 상기 하나의 콜리메이터 렌즈를 기준으로 상호 빔의 간섭이 없도록 좋게는 두 개인 것을 특징으로 한 멀티 빔 레이저 스캐너.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 표면조사용 레이저에서 출사된 적어도 두 개 이상의 레이저 빔들을 상기 회전하는 폴리건 미러의 표면 회전각 내로 상호 간섭 없이 이동시켜 주기 위해 상기 레이저 빔들을 소정의 간격으로 입사시켜 주도록 하는 것을 특징으로 한 멀티 빔 레이저 스캐너.
5. 반도체 레이저에서 출사된 레이저 빔을 평행 광으로 진행시키는 콜리메이터렌즈; 상기 평행 광을 수평방향의 선형 광으로 진행시키는 실린더형 렌즈; 상기 수평방향의 선형 광을 등선속도로 이동시켜 스캐닝하여 결상용 렌즈를 통해 감광드럼에 점상으로 결상시키는 폴리건 미러로 이루어진 스캐닝 유니트에 있어서,

   작은 단면적을 갖고 적어도 두 개 이상의 방향으로 레이저 빔을 출사하는 표면조사용 레이저군을 상기 콜리메이터 렌즈의 입사면에 일치되게 기판에 배치하여 상기 콜리메이터 렌즈 및 실린더형 렌즈를 통해 폴리건 미러에 주사하여 주도록 구성함을 특징으로 한 멀티 빔 레이저 스캐너.