KR20000007170A - 광주사장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2매의 플라스틱 렌즈로 구성된 주사광학계로서, 비교적 큰 화각에서 결상면의 상면만곡이 양호히 보정되고 온도변화에 의한 초점이동을 최소로 하는 것을 특징으로 하고, 또 렌즈면 형상이 비교적 단순하므로 금형가공 및 사출성형이 용이하도록한 광주사장치에 관한 것으로서, 특히 광원에서 주사된 빔이 콜리메이팅렌즈와 슬릿 및 실린드리컬렌즈를 거쳐 폴리건미러에서 일정의 화각을 갖는 상태로 편향되고 주사렌즈에서 수렴된 뒤 결상면에 초점으로 형성되는 광주사장치에 있어서, 상기 주사렌즈는 플라스틱재질의 제 1 주사렌즈와 제 2 주사렌즈 2매로 구성되고 상기 제 1 주사렌즈와 제 2 주사렌즈중 어느 한면은 공축비구면이고 나머지면은 토릭면으로 구성된 특징이 있다.

Description

광주사장치
본 발명은 2매의 플라스틱 렌즈로 구성된 주사광학계로서 기존의 주사광학계보다 화각이 크고, 편향면에서 피주사면까지의 거리가 짧으며 렌즈면의 형상이 비교적 금형가공이 용이하도록 구성하였으며, 또한 온도 및 습도 등의 환경변화에 따른 굴절능의 변화를 최소로 하는 동시에 양호한 특성 등 높은 광학성능을 만족하도록 하는 광주사장치에 관한 것이다.
종래에는 첨부된 도면의 도 1에 도시된 바와 같이 레이저 다이오드(1)로부터 광변조된 광속이 콜리메이트 렌즈(2)에 의해 평행광이 된후 주주사 방향으로 장공형인 슬릿(3)을 통과한다. 슬릿을 통과한 평행광속은 부주사 방향으로 굴절능을 가지는 실린더 렌즈(4)에 입사하게 되고, 실린더 렌즈(4)를 통과한 후 주주사 방향의 광속은 평행광으로 회전다면경(5)을 반사면에 입사후 주사렌즈계로 편향되고, 부주사 방향의 광속은 회전다면경의 반사면상에 결상된 후 주사렌즈계(6)로 편향된다.
이때, 회전다면경(5)의 각 반사면이 회전축에 대해 경사진 각도오차(Wobble)가 있다면 피주사 면상에서 광속이 결상될 때 부주사 방향으로 스포트 사이즈가 커지게 된다. 그래서 특개평 4-110817에서는 Wobble에 의한 영향을 최소화 하기위해서 주사렌즈계에 주주사와 부주사 방향으로 서로 다른 곡률반경을 갖는 토릭(Toric)면을 사용하여 회전다면경의 반사면과 피주사면(7)을 광학적인 공액관계(Conjugate Point)를 이루도록 하는 것을 제안하고 있다.
또한 USP 4,639,072 호에서는 피주사면(7) 근방에 실린더 렌즈를 배치하여 Wobble에 의한 성능상의 악영향을 막고자 하였다. 주사렌즈계는 회전다면경에 의해서 편향된 광속을 피주사면상에 부주사 방향으로 장축을 가지는 타원형 Spot을 결상시키는 동시에, 전체주사범위에 대해서 특성을 만족시킨다.
그러나, 회전다면경이 회전할 때 편향면의 위치가 바뀌면서 앞서 언급한 광학적인 공액관계가 유지되지 않아 부주사 방향의 결상점이 피주사면상에서 좌우 비대칭적으로 나타나는 현상이 발생하여 USP 5,488,502 호에서는 피주사면 근방에 있는 주사렌즈에 부주사 방향의 곡률반경이 좌우 비대칭으로 형성된 변형 실린더 렌즈를 사용하여 부주사 방향의 결상점의 시프트(Shift)를 최소화 하는 제안을 하였다.
그러나, 일반적으로 높은 광학성능, 화각의 광각화 및 양호한 특성을 유지하기 위해서는 초점거리(f)와 편향점에서 상면까지의 거리(L)의 비가 L/f > 1.33 정도되어 유니트의 소형화가 어렵고, 피주사면에서 중심부분 보다 양끝단으로 갈수록 수차보정이 어려워 스포트 사이즈가 크게 형성되는 문제가 발생하여 환경변화, 렌즈 제작시의 제작오차 및 유니트 배치오차 등에 의해 피주사면 양끝단에서의 성능저하가 발생하게 되는 것이었다.
특히, 특개평 4-110817 호에서는 스포트 사이즈(Spot size), 리니어리티(Linearity)등의 양호한 성능을 가지지만 렌즈면 전체가 토릭면으로 구성되어 있으므로 편심 및 Tilt오차에 의한 광학성능저하가 예상되며, USP 5,448,502 호에서는 종래의 광학계에 비해 편향면에서 피주사면까지의 거리가 짧으나 특성 및 상면만곡을 양호하게 하기 위해 렌즈간의 거리를 크게하므로서 유니트의 소형화에 어려움이 있다.
본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 제1,2주사렌즈를 플라스틱으로 사출성형하되, 결상면에서의 상면만곡이 양호히 보정되고 온도변화에 의한 초점이동 및 편심, Tilt오차에 의한 광학성능을 최소화 하며 또 렌즈형상이 비교적 단순하고 금형가공 및 사출성형이 용이하도록 한 광주사장치를 제공함에 있다.
도 1은 종래 광주사장치의 평면도,
도 2는 본 발명 광주사장치의 사시도,
도 3은 본 발명 광주사장치의 평면도,
도 4는 실시예 1의 fθ렌즈,
도 5는 실시예 1의 주주사 및 부주사 상면만곡,
도 6은 실시예 1의 fθ특성,
도 7은 실시예 2의 fθ렌즈,
도 8은 실시예 2의 주주사 및 부주사 상면만곡,
도 9는 실시예 2의 fθ특성.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 광원 11 : 콜리메이팅렌즈
12 : 슬릿 13 : 실린드리컬렌즈
14 : 폴리건미러 15 : 주사렌즈
16 : 제 1 주사렌즈 16a : 제 1 면
16b : 제 2 면 17 : 제 2 주사렌즈
17a : 제 3 면 17b : 제 4 면
18 : 결상면
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광원에서 주사된 빔이 콜리메이팅렌즈와 슬릿 및 실린드리컬렌즈를 거쳐 폴리건미러에서 일정의 화각을 갖는 상태로 편향되고 주사렌즈에서 수렴된 뒤 결상면에 초점을 맺는 광주사장치에 있어서, 상기 주사렌즈는 플라스틱재질의 제 1 주사렌즈와 제 2 주사렌즈 2매로 구성되고 이중 제 1 주사렌즈의 첫번째면은 공축비구면이고 나머지 면들은 토릭면으로 구성된 특징이 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명 광주사장치의 사시도 이다. 광원(10)에서 주사된 빔이 콜리메이팅렌즈(11)와 슬릿(12) 및 실린드리컬렌즈(13)를 거치면서 주주사 방향으로는 콜리메이팅빔이 부주사방향으로는 수렴빔이 폴리건미러(14)에 입사하고 상기의 폴리건미러는 입사된 빔을 등각속도로 편향시키고 상기의 편향된 빔은 주사렌즈계(15)로 주사되며 이후 수렴된 다음 결상면(18)에 초점을 형성한다. 앞서 기술한 폴리건미러(14)의 편향점과 결상면(18) 사이에는 부주사 방향으로 광학적으로 공액관계(Conjugate Point)가 설정되어 있어 폴리건미러(14)의 반사면이 회전축에 대해 부주사방향으로 편향면의 떨림(Wobble)을 갖고 있어도 결상면(18)상에서 부주사 방향으로의 초점이동이 최소가 된다.
주사렌즈계(15)를 구성하는 제 1 주사렌즈(16)와 제 2 주사렌즈(17)를 각각 플라스틱렌즈로 구성되어 있지만, 플라스틱 렌즈는 가격이 저렴한 반면에 습도에 약하고, 굴절능이 클수록 열변형에 의한 광학성능저하가 큰 것이 단점이다. 본 발명은 이를 극복하기 위해 열특성, 습도, 복굴절, 내부왜곡 등이 향상된 제오닉스 또는 아톰 재질의 플라스틱을 사용한다. 그리고 제 1 주사렌즈와 제 2 주사렌즈의 형상은 다음과 같이 구성한다.
주사렌즈계(15)의 면구성은 제 1 주사렌즈(16)의 제 1 면(16a) 즉 폴리건미러(14)쪽으로 향한 면부터 공축비구면(회전대칭형 비구면), 비구면 토릭(제 2 면), 비구면 토릭(제 3 면), 비구면 토릭으로 구성되어 있다. 또 주사렌즈계의 형상은 주주사 방향으로 제 1 면부터 凹, 凸, 凸, 凹이고, 부주사 방향으로 제 1 면부터 凹, 凸, 凹, 凸으로 구성된 것을 특징으로 한다. 여기서 비구면 토릭면의 형상식은 다음과 같이 주어진다.
: 주주사방향의 모선형상
: 비구면 토릭면
단, X축은 부주사 방향, Y축은 주주사 방향, Z축은 광축방향을 나타내고, R은 광축근방의 주주사 곡률반경, R'은 부주사 곡률반경, k는 원추곡면계수, A는 4차의 비구면계수, B는 6차의 비구면계수, C는 8차의 비구면계수를 나타낸다.
또한, 주사광하계에서 제 1 주사렌즈 및 제 2 주사렌즈의 주주사 방향의 초점거리를 각각 f1, f2라고 할 때, 0.3 < ｜f1/f2｜ < 0.5의 조건을 만족한다.
또한, 주사광학계에서 제 1 주사렌즈 및 제 2 주사렌즈의 부주사 방향의 초점거리를 각각 f1', f2'라고 할 때, 1.0 < ｜f1'/f2'｜ < 2.0 의 조건을 만족한다.
또한, 주사광학계에서 제 1 주사렌즈의 주주사 방향의 초점거리를 f1, 부주사 방향의 초점거리를 f1'라고 할 때, 1.8 < ｜f1/f1'｜ < 2.8의 조건을 만족한다.
또한, 주사광학계에서 제 2 주사렌즈의 주주사 방향의 초점거리를 f2, 부주사 방향의 초점거리를 f2'라고 할 때, 7.5 < ｜f2/f2'｜ < 10.5의 조건을 만족한다.
상기와 같이 구성된 주사렌즈계는 광각에서 fθ특성과 결상면의 상면만곡이 양호히 보정되고, 또 주사렌즈면 또는 주사렌즈간의 편심 및 Tilt오차에 의한 결상면에서의 광학성능저하가 최소로 된다. 이때 비구면 토릭면은 모두 주주사 방향을 회전축으로 하는 면이므로 정밀한 형상의 금형가공이 용이하고, 비교적 면형상이 단순하므로 사출성형이 용이하다. 또 주사렌즈간의 적절한 굴절능분배(초점거리의 역수)에 의해서 온도변화에 의한 초점이동을 최소로 할 수 있다.
본 발명 주사렌즈에 바람직한 실시예는 다음과 같다.
표1. 제 1 실시예의 설계 데이타
표2. 제 2 실시예의 설계 데이타
위의 표에서 알수 있듯이 주주사 방향의 후초점거리(BFL) / 주주사 방향의 초점거리(f) ＞ 0.6이다. 또한 폴리건미러(14) 쪽으로 향한 제 1 주사렌즈(16)의 제 1 면(16a)은 오목한 형상이고, 제 2 면(16b)은 볼록한 형상이다. 그리고 결상면(18) 쪽으로 향한 제 2 주사렌즈(17)의 제 3 면(17a)은 볼록한 형상이고, 제 4 면(17b)은 오목한 형상이다.
또한 주사렌즈의 비구면 계수는 다음과 같다.
주사렌즈의 비구면계수
제 1 면 K=17.49 A=9.56410-7 B=-1.25110-9 C=4.51410-13
제 2 면 K=1.38 A=8.16210-7 B=-5.40410-10 C=9.30910-14
제 3 면 K=0.53 A=-1.98510-6 B=4.15910-10 C=-4.13510-14
제 4 면 K=-4.37 A=-1.35410-6 B=2.82610-10 C=-1.95610-14
이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 주사렌즈계를 레이저 빔 프린터와 같은 화상형성장치에 적용함에 의해 환경변화, 렌즈 제작시의 제작오차, Unit에서의 조립오차등에 의한 광학성능저하를 최소화 할 수 있고, 금형 및 사출성형도 비교적 용이하므로 저가격의 렌즈를 대량생산하는 것이 가능하다.

Claims (5)

  1. 광원에서 주사된 빔이 콜리메이팅렌즈와 슬릿 및 실린드리컬렌즈를 거쳐 폴리건미러에서 일정의 화각을 갖는 상태로 편향되고 주사렌즈에서 수렴된 뒤 결상면에 초점을 형성하는 광주사장치에 있어서,
    상기 주사렌즈는 플라스틱재질의 제 1 주사렌즈와 제 2 주사렌즈 2매로 구성되고 상기 제 1 주사렌즈의 첫번째면이 공축비구면이고 나머지 면들은 비구면 토릭렌즈로 구성되며 상기 주사렌즈계의 형상은 주주사 방향으로 제 1 면부터 凹, 凸, 凸, 凹이고 부주사 방향으로 제 1 면부터 凹, 凸, 凹, 凸으로 구성된 것을 특징으로 하는 광주사장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 주사광학계에서, 제 1 주사렌즈 및 제 2 주사렌즈의 주주사 방향의 초점거리를 각각 f1, f2라고 할 때,
    0.3 < ｜f1/f2｜ < 0.5
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광주사장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 주사광학계에서, 제 1 주사렌즈 및 제 2 주사렌즈의 부주사 방향의 초점거리를 각각 f1', f2'라고 할 때,
    1.0 < ｜f1'/f2'｜ < 2.0
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광주사장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 주사광학계에서, 제 1 주사렌즈의 주주사 방향의 초점거리를 f1, 부주사 방향의 초점거리를 f1'라고 할 때,
    1.8 < ｜f1/f1'｜ < 2.8
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광주사장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 주사광학계에서, 제 2 주사렌즈의 주주사 방향의 초점거리를 f2, 부주사 방향의 초점거리를 f2'라고 할 때,
    7.5 < ｜f2/f2'｜ < 10.5
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광주사장치.
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