KR20010060212A

KR20010060212A - 광 주사 장치, 다중 비임 광 주사 장치 및 화상 형성 장치

Info

Publication number: KR20010060212A
Application number: KR1020000063700A
Authority: KR
Inventors: 이시하라게이이찌로
Original assignee: 미다라이 후지오; 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 2000-10-28
Publication date: 2001-07-06
Also published as: JP3943820B2; KR100404408B1; JP2001194611A; US7072088B2; EP1096290B1; EP1096290A3; DE60040645D1; EP1096290A2; US20040047019A1; US6943927B1

Abstract

본 발명은 피주사면에 유효 주사 구역 전 영구역을 통하여 부주사 방향으로 스폿 직경을 균일하게 유지할 수 있는 콤팩트하고, 고정밀한 광 주사 장치와 다중 비임 주사 장치를 제공하는 것이다. 광 주사 장치는, 광원 수단(1)에서 출사된 광속을 편향 수단(5)에 도광하는 입사 광학 수단(11)과, 상기 편향 수단에 의해 반사 편향된 광속을 피주사면(7)에 결상시키는 주사 광학 수단(6)을 구비한다. 상기 광 주사 장치에서, 상기 주사 광학 수단은 자선 방향의 곡률이 주사 광학 수단의 광축에 대한 모선 방향으로 비대칭으로 변화하는 자선 비대칭 변화면을 복수개 구비하는 것이다.

Description

광 주사 장치, 다중 비임 광 주사 장치 및 화상 형성 장치{OPTICAL SCANNING APPARATUS, MULTI-BEAM OPTICAL SCANNING APPARATUS AND IMAGE-FORMING APPARATUS}

본 발명은 광 주사 장치 및 다중 비임(multi-beam) 광 주사 장치에 관한 것으로서, 특히 본 발명은 광원 수단으로부터 출사된 광속을 편향 수단으로 반사 편향하여 주사 광학 수단을 경유하여 피주사면을 광 주사하여 화상 정보를 기록하도록 구조된, 예컨대 전자사진 프로세스를 가지는 레이저 비임 프린터, 디지털 복사기 및 그와 같은 류의 화상 형성 장치에 적합하게 적용 가능한 것이다.

지금까지의 레이저 비임 프린터, 디지털 복사기 및 그와 같은 광 주사 장치에 있어서는, 화상 신호에 따라서 광원 수단으로부터 광 변조되어 출사된 광속을, 예컨대 다각형 미러(polygon mirror)로 구성된 편향 수단에 의해 주기적으로 편향하고, fθ특성을 가지는 주사 광학 수단에 의해 감광 기록 매체의 면에 스폿(spot) 형상으로 집광하여, 면에 광 주사하는 방식으로 화상 정보를 기록하였다.

도13은 종래의 광 주사 장치의 요부를 개략적으로 나타낸 도면이다. 상기 도면에서는, 광원 수단(91)에서 출사된 발산 비임은 시준 렌즈(92)에 의해 대략 평행한 비임으로 변환되고, 정지부(93)에 의해 비임 폭이 제한되어, 부주사 방향으로만 소정의 파워를 가지는 원통형 렌즈(94)에 입사되는 것을 나타낸 도면이다. 원통형 렌즈(94)에 입사된 대략 평행한 비임은 주주사 단면에서 있는 그대로 대략 평행한 비임의 상태로 출사된다. 또한, 부주사 단면에서는, 수집된 비임이 다각형 미러로 구성된 편광기(95)의 편향면(반사면)(95a)에 거의 선형 화상으로 결상된다. 다음, 편광기(95)의 편향면(95a)에서 반사 편향된 비임은 fθ특성을 가지는 주사광학 수단(fθ렌즈계)(96)에 의해 리턴 미러(98)을 경유하여 피주사면으로써의 감광 드럼 면(97)에 도광(導光)된다. 상기 편광기(95)를 대략 등각속도로 회전시키어, 상기 비임이 대략 일정한 속도로 피주사면(97)에 주사되어 그 위에 화상 정보가 기록되는 것이다.

여기서의 편광기(95)로부터 피주사면(97)까지의 장치를 콤팩트하게 하기 위해서는, fθ렌즈(96)가 전체적으로 광폭의 뷰 각(wide angles of view)으로 광학성능이 양호하게 보정될 필요가 있다. 예로는 일본 특개평7-113950호의 공보에는, 자선 곡률(curvatures in the sagittal direction)이 광축에 대하여 비대칭으로 변화하고 자선 곡률의 대소관계가 광축의 상측과 하측에 사이에서 서로 다르게 되는 면을 1면만 가지어서, 광폭 뷰 각으로 부주사 방향으로 필드 곡률(화상 위치)을 보정한 예를 개시하고 있다.

그런데, 여기에는, 광폭 뷰 각에 있어서는 부주사 방향의 횡배율(이하, 부주사 배율로도 칭함)의 불균일성이 현저하게 나타나고, 부주사 방향의 화상 위치가 보정되더라도, 스폿 크기가 각각의 주사 위치에서의 부주사 배율에 비례하여 변화하여야 하는 문제점이 있다. 더욱이, 다중 비임을 사용한 광 주사 장치인 경우에는, 부주사 배율이 일정 값에서 벗어나서, 복수의 비임이 피주사면에 광 주사되는 중에, 피주사면에 매 주사 위치에서 부주사 방향으로의 라인 피치 간격이 변경되어, 불규칙한 피치를 초래하는 문제점이 있다.

렌즈의 크기를 작게하여 비용 절감을 도모하기 위해서는, 주사 광학 수단을 편광기 근방에 배치할 필요가 있다. 그런데, 여기에는 부주사 배율이 증가되어서부주사 방향으로의 화상 위치의 비대칭성과 부주사 배율의 비대칭성이 상당히 현저하게 나타난다는 문제점이 있다.

본 발명은 주사 광학 수단을 복수의 자선 비대칭 변화면으로 구성하고 각각의 렌즈의 형상을 적절하게 설계하여서, 부주사 방향으로의 필드의 곡률(화상 위치)을 양호하게 보정하고 일정한 값에서 부주사 배율을 유지하도록 보정할 수 있는 광폭의 뷰 각도를 가지는 콤팩트하고, 고정밀한 광 주사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 주사 광학 수단을 복수의 자선 비대칭 변화면으로 구성하고 각각의 렌즈의 형상을 적절하게 설계하여서, 부주사 방향으로의 라인 피치 간격을 유효한 주사 구역 전체 구역에 걸쳐서 일정하게 유지할 수 있는 콤팩트하고, 고정밀한 다중 비임 광 주사 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명의 1면에 따르는 광 주사 장치에서는, 광원 수단에서 출사된 광속을 편향 수단으로 도광하는 입사 광학 수단과, 상기 편향 수단에 의해 반사 편향된 광속을 피주사면에 결상시키는 주사 광학 수단을 구비하는 광 주사 장치에 있어서, 상기 주사 광학 수단은, 자선 곡률이 상기 주사 광학 수단의 광축에 대하여 모선 방향으로 비대칭으로 변화하는, 자선 비대칭 변화면을 복수개 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 다른 면에 따르는 광 주사 장치에서는, 상기 자선 비대칭 변화면은 광축에 대한 모선 방향으로의 각각의 위치에서 자선 방향으로의 곡률의 대소관계가 다르게 이루어진 자선 변형면을 2개 이상 함유하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 다른 면에 따르는 광 주사 장치에서는, 상기 자선 변형면은, 광축에 대한 모선 방향으로의 각각의 위치에서 자선 방향으로의 곡률이 동일 측에서 크게 되는 또는 작게되는 면을 2개 이상 함유하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 다른 면에 따르는 광 주사 장치에서는, 상기 자선 변형면 중에 적어도1면에서, 자선 방향으로의 곡률이 광축에 대하여 상기 광원 수단의 측에서 크게 되는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 다른 면에 따르는 광 주사 장치에서는, 상기 자선 비대칭 변화면 중에 적어도1면에서, 광축에 대한 모선 방향으로 일 측에만 자선방향으로의 곡률이 변극점을 가지는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 다른 면에 따르는 광 주사 장치에서는, 주사 광학 수단은 복수의 fθ렌즈를 구비하고, 복수의 fθ렌즈 중에 편향 수단에 최근접하여 위치하는 fθ렌즈는 부주사 방향으로 부(負)의 굴절력을 가지고, 피주사면에 최근접하여 위치하는 fθ렌즈는 부주사 방향으로 정(正)의 굴절력을 가지는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 다른 면에 따르는 광 주사 장치에서는, 상기 복수의 fθ렌즈의 모든 렌즈면은 상기 편향 수단에 대향되는 오목 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 다른 면에 따르는 광 주사 장치에서는, 상기 주사 광학 수단의 fθ계수를 k, 상기 피주사면에 유효 주사 폭을 W로 할 때,

k/W ≤ 0.6

으로 되는 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 다른 면에 따르는 광 주사 장치에서는, 상기 주사 광학 수단의 부주사 방향의 횡배율을 βs로 할 때,

｜βs｜≥2

인 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 부가적인 면에 따르는 다중 비임 광 주사장치는, 복수의 발광부를 가지는 광원 수단과, 상기 광원 수단으로부터 출사된 복수의 비임을 편향 수단에 도광하는 입사 광학 수단과, 상기 편향 수단에 의해 반사 편향된 복수의 비임을 피주사면에 결상하는 주사 광학 수단를 구비하는 다중 비임 광 주사 장치에 있어서, 상기 주사 광학 수단은 자선 방향의 곡률이 상기 주사 광학 수단의 광축에 대한 모선 방향으로 비대칭으로 변화하는 자선 비대칭 변화면을 복수개 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 다른 면에 따르는 다중 비임 광 주사 장치에서는, 상기 자선 비대칭 변화면은 광축에 대한 모선 방향으로의 각각의 위치에서 자선 방향의 곡률의 대소관계가 다른 자선 변형면을 2개 이상 함유하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 다른 면에 따르는 다중 비임 광 주사 장치에서는, 상기 자선 변형면은 광축에 대한 모선 방향으로의 각 위치에서 자선 방향의 곡률이 동일 측에서 크게되는 또는 작게되는 면을 2개 이상 함유하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 다른 면에 따르는 다중 비임 광 주사 장치에서는, 상기 자선 변형면 중에 적어도1면에서, 자선 방향으로의 곡률이 광축에 대한 광원 수단의 측에서 크게되는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 다른 면에 따르는 다중 비임 광 주사 장치에서는, 상기 자선 비대칭 변화면 중에 적어도1면에서, 광축에 대한 모선 방향으로의 일 측에만 자선 방향으로의 곡률이 변극점을 가지는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 다른 면에 따르는 다중 비임 광 주사 장치에서는, 주사 광학 수단은 복수의 fθ렌즈를 구비하고, 복수의 fθ렌즈 중에 편향 수단에 최근접 위치하는 fθ렌즈는 부주사 방향으로 부의 굴절력을 가지고, 피주사면에 최근접 위치된 fθ렌즈는 부주사 방향으로 정의 굴절력을 가지는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 다른 면에 따르는 다중 비임 광 주사 장치에서는, 상기 복수의 fθ렌즈의 모든 렌즈면은 상기 편향 수단에 대향된 오목 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 다른 면에 따르는 다중 비임 광 주사 장치에서는, 상기 주사 광학 수단의 fθ계수를 k, 상기 피주사면에 유효 주사 폭을 W로 할 때,

k/W ≤ 0.6

으로 되는 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 다른 면에 따르는 다중 비임 광 주사 장치에서는, 상기 주사 광학 수단의 부주사 방향의 횡배율을 βs로 할 때,

｜βs｜≥2

인 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 부가적인 면에 따르는 화상 형성 장치는, 상술된 주사 광 장치, 피주사면에 배치된 감광체, 정전기를 현상하는 현상 장치, 토너 화상으로, 주사 광 장치에 의해 주사를 받는 광으로 감광체에 형성된 잠상, 전사 매체에 현상된 토너 화상을 전사하는 전사 장치, 및 전사 매체에 전사된 토너 화상을 정착시키는 정착 유닛을 포함하는 것이다.

본 발명의 부가적인 면에 따르는 다른 화상 형성 장치는, 상술된 주사 광 장치와, 화상 신호로 외부 장치에서 공급된 코드 데이터를 변환하여 상기 주사 광 장치로 화상 신호를 공급하는 프린터 제어기를 포함하는 것이다.

도1은 본 발명의 제1 실시예의 광 주사 장치의 주주사 방향을 따라 도시된 단면도.

도2는 본 발명의 제1 실시예의 광 주사 장치의 부주사 방향을 따라 도시된 단면도

도3은 본 발명의 제1 실시예의 주사 광학 수단의 각각의 면에서의 자선 곡률 변화를 나타낸 다이어그램.

도4는 본 발명의 제1 실시예의 주사 광학 수단의 각각의 면에서의 자선 곡률 변화를 나타낸 다이어그램.

도5는 본 발명의 제1 실시예의 주사 광학 수단의 수차를 나타낸 도면.

도6은 본 발명의 제1 실시예의 주사 광학 수단과 비교예의 수차를 나타낸 도면.

도7은 본 발명의 제2 실시예의 주사 광학 수단의 각각의 면에서의 자선 곡률 변화를 나타낸 도면.

도8은 본 발명의 제2 실시예의 주사 광학 수단의 각각의 면에서의 자선 곡률 변화를 나타낸 도면.

도9는 본 발명의 제2 실시예의 주사 광학 수단의 수차를 나타낸 도면.

도10은 본 발명의 제3 실시예의 주사 광학 수단의 각각의 면에서의 자선 곡률 변화를 나타낸 도면.

도11은 본 발명의 제3 실시예의 주사 광학 수단의 각각의 면에서의 자선 곡률 변화를 나타낸 도면.

도12는 본 발명의 제3 실시예의 주사 광학 수단의 수차를 나타낸 도면.

도13은 종래의 광 주사 장치의 요부를 개략적으로 나타낸 도면.

도14는 본 발명의 화상 형성 장치를 개략적으로 나타낸 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 광원 수단

2: 시준 렌즈

3: 개구 정지부

4: 원통형 렌즈

5: 편향 수단

6: 주사 광학 수단

6a: 제1 fθ 렌즈

6b: 제2 fθ렌즈

7: 피주사면(감광 드럼 면)

11: 입사 광학 수단

도1은 본 발명의 제1 실시예의 광 주사 장치의 주주사 방향(주주사 단면)을 따라서 요부를 단면으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도1의 부주사 방향(부주사 단면)을 따라서 요부를 나타낸 도면이다.

본 명세서에서, 편향 수단에 의해 광속(light)이 반사 편향(또는 편향 주사)되는 방향을 주주사 방향(모선 방향)으로 정의하고, 주사 광학 수단의 광축 및 주주사 방향과 직교하는 방향을 부주사 방향(자선 방향)으로 정의 한다.

도면에서, 도면 번호 '1'은 예컨대 반도체 레이저에 포함되는 광원 수단을 나타낸다. 도면 번호 '2'는 시준 렌즈(집광 렌즈)를 나타내고, 광원 수단(1)에서 출사된 발산 비임(광 비임)을 대략 평행한 비임으로 변환시키는 것이다. 도면 번호 '3'은 개구 정지부를 나타내며, 통과 광속(광량)을 제한한다. 도면 번호 '4'는 원통형 렌즈[또는 왜상 렌즈(anamorphic lens)]를 나타내고, 부주사 방향으로만 소정의 파워를 가지고, 개구 정지부(3)를 통과한 비임을 부주사 단면 내로 후술하는 편광기(5)의 편향면(반사면)(5a)에 거의 선형 화상으로 결상하는 것이다. 그리고, 시준 렌즈(2), 개구 정지부(3) 및 원통형 렌즈(4) 등의 각각의 요소가 입사 광학 수단(11)의 요소를 구성한다.

도면 번호 '5'는 편향 수단으로서의 편광기를 나타내며, 예컨대 다각형 미러(회전 다면경)으로 이루어지며, 모터 등의 구동 수단(도시 않음)에 의해 도면에서 화살표(A) 방향으로 일정 속도로 회전한다.

도면 번호 '6'은 집광 기능과 fθ특성을 가지는 주사 광학 수단을 나타내며, 후술하는 형상으로 이루어진 제1 및 제2 fθ렌즈(주사 렌즈)(6a, 6b)를 가지고, 편광기(5)에 의해 반사 편향된 화상 정보에 기본하여 비임을 피주사면으로서의 감광 드럼 면(7)에 결상하고, 부주사 단면에서 편광기(5)의 편향면(5a)과 피주사면(7)과의 사이를 공역관계를 유지하여 경사 보정 기능을 가지는 것이다. 주사 광학 수단(6)에서, 편광기(5) 측에 제1 fθ렌즈(6a)는 부주사 방향으로 부의 굴절력을 가지고, 피주사면(7) 측에 제2 fθ렌즈(6b)는 부주사 방향으로 정의 굴절력을 가지는 것이다.

도면 번호 '7'은 피주사면으로서의 감광 드럼 면(화상 캐리어의 면)을 나타낸다.

제1 실시예

본 실시예에서, 반도체 레이저(1)에서 출사된 발산 비임은 시준 렌즈(2)에 의해 대략 평행한 비임으로 변환되고, 개구 정지부(3)에 의해 상기 비임(광량)이제한되어 원통형 렌즈(4)에 입사된다. 원통형 렌즈(4)에 입사된 대략 평행한 비임은 주주사 단면에서 그때 까지 입사된 상태로 나타난다. 부주사 단면에서는, 비임이 집중되어 편광기(5)의 편향면(5a)에 거의 선형 화상(주주사 방향으로 길이 방향의 선 형상)으로 결상된다. 다음, 편광기(5)의 편향면(5a)에서 반사 편향된 비임은 제1 fθ렌즈(6a) 및 제2 fθ렌즈(6b)를 거쳐서 감광 드럼(7)의 면에 스폿 형상으로 결상된다. 상기 편광기(5)가 화살표(A) 방향으로 회전되어서, 상기 감광 드럼(7)의 면을 화살표(B) 방향(주주사 방향)으로 등속도로 비임을 광 주사 한다. 이런 사실이 기록 매체로서의 감광 드럼 면(7)에 화상이 기록되게 하는 것이다.

본 실시예에 주사 광학 수단(6)의 광학 배치 및 제1 및 제2 fθ렌즈(6a, 6b)의 비구면 계수를 각각 표 1과 표 2에 나타내었다. 도3 및 도4는 각각 본 실시예에 있어서의 제1 및 제2 fθ렌즈(6a, 6b)의 각각의 면에서 자선 방향의 곡률의 변화를 나타내는 도면이다.

표 1

표 2

본 실시예에서, 제1 및 제2 fθ렌즈(6a, 6b)의 각각의 렌즈 모선 형상은 12차에 이르는 관계수로 나타내는 비구면 형상으로 구성된다. 예컨대, 제1 또는 제2 fθ렌즈(6a, 6b)와 광축과의 교점을 원점으로 하고, 광축 방향을 X축 그리고 주주사 단면에서 광축과 직교하는 축을 Y축으로 정의 한다. 주주사 방향과 대응하는 모선 방향으로의 형태는 다음의 식으로 나타내어 진다.

X = (Y²/R)/[1+{1-(1+k)(Y/R)²}^1/2)] + B4 x Y⁴+ B6 x Y⁶+ B8 x Y⁸+ B10 xY¹⁰+B12 x Y¹²

(여기서, R은 모선 곡률 반경이고, k, B4, B6, B8, B10, B12는 비구면 계수 이다)

각각의 렌즈면의 자선은 주주사 방향으로 렌즈면에 좌표변화에 따라서 연속적으로 그 곡률 반경이 변화 한다. 주주사 방향의 좌표가 Y 인 위치에 자선의 곡률반경(Rs*)는 다음의 식으로 나타난다.

Rs^*= Rs x (1 + D2 x Y²+ D4 x Y⁴+ D6 x Y⁶+ D8 x Y⁸+ D10 x Y¹⁰

(여기서, Rs는 자선 곡류 반경이고, D2, D4, D6, D8, D10은 계수이다)

본 실시예에서, 제1 fθ렌즈(6a)는 주주사 단면에 다각형 미러(5)에 대향된 오목면을 가지는 정의 메니스커스 렌즈와 부주사 단면에 다각형 미러(5)에 대향된 오목면을 가지는 부의 메니스커스 렌즈이다.

제2 fθ렌즈(6b)는 주주사 단면에 다각형 미러(5)에 대해 대향된 볼록면을 가진 정의 메니스커스 렌즈와, 부주사 단면에 피주사면(7)에 대한 볼록면과 다각형 미러(5)에 대향된 다른 볼록면을 가진 이중-볼록 렌즈 이다.

제1 fθ렌즈(6a)의 입사면(6ai)에서, 주주사 및 부주사 방향의 면은 모두 광축에 대한 주주사 방향으로 대칭이고, 주주사 단면에 모선에 대하여 수직한 자선 방향으로의 곡률(이하, '자선 곡률'이라고도 칭함)이 일정한 면으로 이루어진다.

제1 fθ렌즈(6a)의 출사면(6ao)에 있어서, 주주사 방향의 면은 광축에 대해 비대칭 이고, 부주사 방향의 면은 광축에 대해 주주사 방향으로 비대칭으로 자선곡률이 변화하는 자선 비대칭 변화면으로 이루어진다.

제2 fθ렌즈(6b)의 입사면(6bi)에 있어서, 주주사 방향의 면은 광축에 대해 비대칭 이고, 부주사 방향의 면은 광축에 대해 주주사 방향으로 비대칭으로 자선 곡률이 변화하는 자선 비대칭 변화면으로 이루어진다.

제2 fθ렌즈(6b)의 출사면(6bo)에 있어서, 주주사 방향으로의 면은 광축에 대해 비대칭 이고, 부주사 방향으로의 면은 자선 곡률이 광축의 타 측에 주주사 방향으로 대칭적으로 증가하는 면으로 이루어진다.

도 5는 본 실시예에 따르는 광 주사 장치의 부주사 방향으로의 필드 곡률과 부주사 배율의 비를 나타낸 수차 다이어그램이다. 도 6은 본 실시예(실선)와 비교예(파선)로서, 본 실시예에 주사 광학 수단(6)의 자선 곡률이 4면 모두에서 광축에 대한 주주사 방향으로 대칭이도록, 반광원 측(예컨대, 주사 광학 수단(6)의 광축에 대하여 광원 수단(1)과는 다른 측에)에 자선 곡률을 광원 측(예컨대, 주사 광학 수단(6)의 광축에 대한 광원 수단(1)과 동일 측)에 자선 곡률과 동일한 때로, 부주사 방향으로의 필드 곡률과 부주사 배율의 비를 나타낸 도면이다.

도 5와 도 6에 나타낸 바와 같은 본 실시예에서는, 부주사 방향으로의 필드의 곡률 및 부주사 배율의 비대칭성을 양호하게 보정할 수 있는 것이다.

본 실시예에 있어서, 주사 광학 수단(6)의 fθ계수를 k, 그리고 피주사면(7)에 유효 주사 폭을 W로 하면,

k/W ≤ 0.6

으로 되는 조건을 만족시키는 것이다.

또한, 상기 주사 광학 수단(6)의 부주사 방향의 횡배율을 βs로 하면,

｜βs｜≥2

인 조건을 만족시키는 것이다.

주어진 실시예에서, 주사 광학 수단(6)의 fθ계수를 k = 109(mm/rad), 피주사면(7)에 유효 주사 폭 W = 214mm , 뷰 각도는 ±56°을 초과하는 광폭 뷰 각도 및 부주사 배율 ｜βs｜= 3.3 으로 한다.

일반적으로, 광 주사 장치에 있어서는 광원 수단에서 출사된 광속이 다각형 미러의 편향면에서 반사 편향될 때에, 뷰의 각(angles of view)에 따라서 반사 위치가 변하고 반사 위치의 굴곡은 주사 광학 수단의 광축에 대하여 비대칭성이다. 이런 사실은 주주사 및 부주사 방향으로의 화상 위치를 비대칭으로 만들고 또한, 부 주사 배율도 비대칭으로 만든다. 본 실시예에서 ±47°를 초과하는 광폭 뷰 각도와 부주사 배율(｜βs｜≥2)이 고배율인 경우, 부주사 방향으로의 필드 곡률(화상 위치)와 부주사 배율의 비대칭성이 보다 현저하게 나타난다.

본 실시예에서는, 상술된 바와 같이 자선 곡률을 비대칭으로 변화시킨 면을 조합하여서 주사 광학 수단(6)을 구성하는 것에 의해, 광폭 뷰 각도와 부주사 배율이 높은 경우에 있어서도 부주사 방향으로의 필드 곡률(화상 위치) 및 부주사 배율의 비대칭성을 양호하게 보정할 수 있는 것이다. 이런 사실은 피주사면에 유효 주사 구역에 모든 주사 위치에서도 부주사 방향의 스폿 크기(spot size)를 일정하게 유지시키는 것이다.

이런 본 실시예에 있어서는, 상술한 바와 같이, 주사 광학 수단(6)을 복수의자선 비대칭 변화면으로 구성하고 각 렌즈의 형상을 적절하게 설정하는 것에 의해, 부주사 방향의 필드의 곡률을 양호하게 보정하면서 부주사 방향의 화상 배율을 일정한 값으로 보정하여서, 부주사 방향으로 스폿 직경을 균일하게 하는 것이다.

본 실시예에 있어서는, 주사 광학 수단(6)을 2개의 fθ렌즈(6a, 6b)로 구성하였지만, 본 발명이 이런 예에 한정되는 것은 아니며; 예컨대 본 발명은 또한 주사 광학 수단(6)을 1개 fθ렌즈 또는 3개 이상의 fθ렌즈로 구성하는 구조에 적용하여도 상기 제1 실시예와 동일하게 적용할 수 있는 것이다.

제2 실시예

이하에 본 발명의 제2 실시예의 다중 비임 광 주사장치에 대해서 설명한다.

본 실시예에 있어서 상술된 제1 실시예와 다른 점은 광원 수단(1)을 2개 발광부를 구비하는 다중 비임 반도체 레이저로 구성된 것과, 주사 광학 수단(6)을 구성하는 제1 및 제2 fθ렌즈(6a, 6b)의 면에 자선 곡률의 변화도를 다르게 형성한 것이다. 그외 다른 구성 및 광학적 작용은 제1 실시예와 대략 동일하고, 그에 의해 유사한 효과를 획득할 수 있는 것이다.

본 실시예에 있어서 주사 광학 수단(6)의 광학 배치와, 제1 및 제2 fθ렌즈(6a, 6b)의 비구면 계수를 각각 표3 및 표4에 나타내었다. 도7과 도8은 각각 본 실시예에 있는 제1 및 제2 fθ렌즈(6a, 6b)의 각각의 면의 자선 곡률의 변화도를 나타낸 도면이다.

표 3

표 4

본 실시예에 있어서, 제1 fθ렌즈(6a)의 입사면(6ai)에서, 부주사 방향의 면은 광축에 대해 주주사 방향으로 비대칭으로 자선 곡률이 변화하는 자선 비대칭 변화면으로 이루어진다. 더욱이, 자선곡률 중에 대소관계는 다음과 같다.

광원 측에 곡률 〉 광축에 곡률 = 반광원 측에 곡률

따라서, 상기 면은, 광축에 대한 주주사 방향의 각 위치에서 자선 곡률의 대소 관계가 다르게 이루어진 자선 변형면도 있다

제1 fθ렌즈(6a)의 출사면(6oi)에 있어서, 부주사 방향의 면은 자선 곡률이광축에 대한 주주사 방향으로 비대칭적으로 변화는 자선 비대칭 변화면으로 이루어진다.

더욱이, 자선방향으로의 곡률 중에 대소 관계는 다음과 같다.

광원 측에 곡률 〉 광축에 곡률 〉 반광원 측에 곡률

제2 fθ렌즈(6b)의 입사면(6bi)에 있어서, 부주사 방향의 면은 광축에 대한 주주사 방향으로 비대칭으로 자선 곡률이 변화하는 자선 비대칭 변화면으로 이루어지고, 자선 곡률이 광축에서 중간 지점에 변극점에 이르는 거리에서 크게되고, 광축에 대한 광원 수단(1)의 측에서 서서히 작아지는 반면에 곡률은 광원 수단(1)의 측과는 다른 측에 광축으로부터의 거리가 서서히 감소하는 자선 변형면도 있다.(도8 참고)

제2 fθ렌즈(6b)의 출사면(6oi)에 있어서, 부주사 방향의 면은 자선 곡률이 광축의 일 측에 주주사 방향으로 대칭으로 증가하는 면으로 이루어진다.

도9는 본 실시예에 따르는 광 주사 장치의 부주사 방향의 필드의 곡률과 부주사 배율의 비를 나타낸 수차를 나타낸 다이어그램 이다.

본 실시예에 있어서는 제1 fθ렌즈(6a)의 입사면(6ai)과 출사면(6ao) 및 제2 fθ렌즈(6b)의 입사면(6bi)의 자선 곡률을 크게 변화시키어, 부주사 방향의 필드의 곡률 및 부주사 배율의 비를 상당히 우수하게 보정할 수 있는 것이다.

구체적으로, 제1 fθ렌즈(6a)의 입사면(6ai)과 출사면(6ao) 및 제2fθ렌즈(6b)의 입사면(6bi)에 광원수단(1) 측의 자선 곡률이 광축에 대응 자선 곡률보다 모두 크게 하고, 제1 fθ렌즈(6a)의 출사면(6ao) 및 제2 fθ렌즈(6b)의 입사면(6bi)에 반광원 수단(1) 측의 자선 곡률을 광축에 대응 자선 곡률보다 작게 하여서, 기본 평면의 위치가 크게 이동되며, 따라서 부주사 방향에 필드의 곡률과 부주사 배율을 일정하게 보정하는 것이다. 본 실시예에서는, 제2 fθ렌즈(6b)의 입사면(6ai)의 광원 수단(1) 측에 자선 곡률의 변화 상태에서, 광축에 대한 주주사 방향으로 어느 일 측에 자선 곡률이 도중에 변극점을 가지도록 변화시키어서, 실현 가능한 상당히 정밀한 보정을 하는 것이다.

이런 본 실시예에서는 피주사면(7)에 유효 주사 구역에 있는 주사 위치와 무관하게 복수 비임의 부주사 방향으로의 스폿 크기를 일정하게 유지하고, 비임으로 피주사면(7)에 광 주사하는 중에 라인 피치 간격이 피주사면(7)에 주사 위치와 무관하게 일정하게 유지하여서, 피치 불규칙성이 없는 양호한 화상을 항시 획득할 수 있는 다중 비임 광 주사 장치를 실현하는 것이다.

제3 실시예

다음, 본 발명의 제3 실시예의 다중 비임 광 주사 장치에 대해서 설명한다.

본 실시예에 있어서 상술된 제2 실시예와 다른 점은 주사 광학 수단(6)을 구성하는 제1 및 제2 fθ렌즈(6a, 6b)의 전체의 렌즈면의 형상을 편광기(5)에 대향된 오목 형태로 형성한 점과, 자선 곡률의 변화의 정도를 다르게 한 것이다. 그외 다른 구성 및 광학적 작용은 제2 실시예와 대략 동일하고, 그에 의해 유사한 효과를 획득할 수 있는 것이다.

본 실시예에 있어서 주사 광학 수단(6)의 광학 배치 및 제1 및 제2 fθ렌즈(6a, 6b)의 비구면 계수를 각각 표 5 및 표 6에 나타내었다. 도10과 도11은 각각 본 실시예에서 제1 및 제2 fθ렌즈(6a, 6b)의 각각의 면에서의 자선 곡률의 변화도를 나타낸 다이어그램 이다.

표 5

표 6

본 실시예에 있어서, 제1 fθ렌즈(6a)는 부주사 단면에 다각형 미러(5)에 대향된 오목면을 가진 부의 메니스커스 렌즈로 구성되고, 제2 fθ렌즈(6b)는 부주사 단면에 다각형 미러(5)에 대향된 오목면을 가진 정의 메니스커스 렌즈로 이루어진다. 이런 구조는 동일한 배치의 구성에서도 부주사 배율이 작은 값으로 감소되도록 허용하는 것이다.

본 실시예에서는 부주사 배율이 ｜βs｜= 3.1 로 된다.

제1 fθ렌즈(6a)의 입사면(6ai)에서, 부주사 방향의 면은 광축에 대한 주주사 방향으로 비대칭으로 자선 곡률이 변화하는 자선 비대칭 변화면으로 이루어진다.

더욱이, 자선 곡률의 대소관계는 다음과 같다.

광원 측에 곡률 〉 광축에 곡률 = 반광원 측에 곡률

따라서, 상기 면은 또한, 광축에 대한 주주사 방향으로의 각각의 위치에서 자선 곡률의 대소관계가 다른 자선 변형면 이다

제1 fθ렌즈(6a)의 출사면(6ao)에서, 부주사 방향으로의 면은, 광축에 대한 주주사 방향으로 비대칭으로 자선 곡률이 변화하는 자선 비대칭 변화면으로 이루어진다.

더욱이, 자선 곡률의 대소관계는 다음과 같다.

광원 측에 곡률 〉 광축에 곡률 〉 반광원 측에 곡률

따라서, 상기 면은 또한, 광축에 대한 주주사 방향으로의 각각의 위치에서 자선 곡률의 대소 관계가 다른 자선 변형면 이다

제2 fθ렌즈(6b)의 입사면(6bi)에서, 부주사 방향으로의 면은, 광축에 대한 주주사 방향으로 비대칭으로 자선 곡률이 변화하는 자선 비대칭 변화면으로 구성되고, 광축에 대한 광원 수단(1) 측에 자선 곡률이 점진적으로 증가하지만, 반광원 측에서는 먼저 자선 곡률이 작게 되는 도중에 변극점을 취하여 서서히 크게 변화는 자선 변형면 이다.

제2 fθ렌즈(6b)의 출사면(6ao)에서, 부주사 방향의 면은 자선 곡률이 광축의 어느 일측에 주주사 방향으로 대칭으로 크게 되는 면으로 구성된다.

도12는 본 실시예에 따르는 광 주사 장치의 부주사 방향으로의 필드의 곡률과 부주사 배율의 비를 나타낸 수차도이다.

이런 본 실시예에서, 상술된 제2 실시예와 유사하게, 복수의 면이 자선 곡률의 변화가 동일한 방향으로 경사지게 만들도록 벤딩(bending)을 이행하는데 사용되어서, 광폭 뷰 각도와 부주사 배율이 높은 경우에서도, 부주사 방향으로의 필드의 곡률과 부주사 배율의 비대칭을 동시에 양호하게 보정할 수 있다.

물론, 상기 제2 및 제3 실시예에 구조도 단일 광 비임을 이용한 광 주사 장치에 적용할 수 있는 것이다.

도14는 본 발명의 화상 형성 장치의 실시예를 나타내는 부주사 방향을 따라서 장치의 요부를 단면으로 하여 나타낸 도면이다. 도14에서 도면 번호 '104'는 화상 형성 장치를 나타낸다. 이런 화상 형성 장치(104)는 퍼스널 컴퓨터 등과 같은 외부 장치(117)로부터의 코드 데이터(Dc)의 입력을 수용하는 것이다. 이런 코드 데이터(Dc)는 장치에 프린터 제어기(111)에 의한 화상 데이터(도트 데이터)(Di)로 전환된다. 이런 화상 데이터(Di)는 상기 제1 내지 제3 실시예의 어느 하나에서 기술된 바와 같은 구조를 가지는 광 주사 장치(100)에 공급된다. 이런 광 주사 장치(100)는 화상 데이터(Di)에 따라서 변조되는 광 비임(103)을 출력하고 이런 광 비임(103)은 주주사 방향으로 감광 드럼(101)의 감광성 면을 주사한다.

정전 잠상 캐리어(감광체)로서의 감광 드럼(101)은 모터(115)에 의해 시계방향으로 회전된다. 이런 회전으로, 감광 드럼(101)의 감광 면이 광 비임(103)과 상관하여 주주사 방향에 대해서 수직하는 부주사 방향으로 동작한다. 감광드럼(101) 위에, 감광 드럼(101)의 면을 균일하게 대전하는 대전 롤러(102)가 상기 면과 접하도록 배치된다. 다음, 대전 롤러(102)에 의해 대전되는 감광 드럼(101)의 면은 광 주사 장치(100)에 의해 주사를 받아서 광 비임(103)에 노출 된다.

상술된 바와 같이, 광 비임(103)은 화상 데이터(Di)에 기본하여 변조되어, 정전 잠상이 상기 광 비임(103)으로 조사를 받아서 감광 드럼(101)의 면에 형성된다. 이런 정전 잠상은 광 비임(101)의 조사 위치로부터 감광 드럼(101)의 회전 방향으로 하류에 감광 드럼(101)과 접촉하도록 배치된 현상 장치(107)에 의해 토너 화상으로 현상된다.

현상 장치(107)에 의해 현상된 토너 화상은 감광 드럼(101) 밑에 감광 드럼(101)과 마주 대하는 전사 롤러(108)에 의해 전사 매체인 시트(112)에 전사된다. 시트(112)가 감광 드럼(101)의 전방(예컨대, 도14에서 우측)으로 시트 카세트(109)에 저장되지만, 시트 급송는 손(手)에 의한 공급으로 이행될 수도 있다. 시트 급송 롤러(110)는 시트 카세트(109)의 끝에 배치되어 공급로 안으로 시트 카세트(109)에 시트(112)를 1매씩 공급한다.

비정착된 토너 화상이 상술된 바와 같이 그 위에 전사되는 시트(112)는 부가적으로 감광 드럼(101) 뒤에(예컨대, 도14에서 좌측) 배치된 정착 유닛으로 부가로 전사된다. 정착 유닛은 내측에 고정 히터(도시 않음)를 가진 정착 롤러(113)와, 정착 롤러(113)와 압축 접촉하게 배치된 가압 롤러(114)를 포함하고, 시트(112)에 비정착된 토너 화상을 정착하도록 가압 롤러(114)와 정착 롤러(113) 사이에 닙(nip)부에서 전사부로부터 반송되는 시트(112)를 가압하면서 가열한다. 시트 배출 롤러(116)가 정착 롤러(113)가 부가로 배치되어 고정 시트(112)를 화상 형성 장치의 외측으로 배출한다.

도14에 도시하지는 않았을 지라도, 프린트 제어기(111)도, 상술된 데이터의 변환에 더하여, 상술된 광 주사 장치에서, 모터(115)를 구비하는 화상 형성 장치에 각각의 단면 제어와 다각형 모터 등의 제어를 이행한다.

또한, 본 발명은 자선 비대칭 변화면이 fθ렌즈로 이루어진 4개 이상의 렌즈면에 배치되는 구조에도 적용할 수 있는 것이다.

제2 및 제3 실시예에서, 광원 수단의 광-출사 구역의 수가 2개 이지만, 본 발명은 또한 3개 이상의 복수 광-출사 구역에도 적용될 수 있는 것이다.

본 발명에 따르는 상술된 바와 같은 편향 수단에 대하여 주주사 방향으로 각도를 가지고 입사하는 광 주사 장치에 있어서, 주사 광학 수단을 복수의 자선 비대칭 변화면으로 구성함과 함께 각 렌즈의 형상을 적절하게 설정하는 것에 의해, 편향수단으로 회전 다면경을 이용한 경우에 발생하는 부주사 방향의 필드의 곡률 및 부주사 배율의 비대칭성을 양호하게 보정할 수가 있으며, 이런 사실에 따라 피주사면에 유효 주사 구역 전체역에 걸쳐서 부주사 방향의 스폿 크기를 균일하게 할 수 있는 콤팩트하고, 선명한 화질의 광 주사 장치를 달성할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에 의해서는 상술된 바와 같은 다중 비임 광 주사 장치에 있어서, 주사 광학 수단을 복수의 자선 비대칭 변화면으로 구성하고 각 렌즈의 형상을 적절하게 설정하여, 부주사 방향의 라인 피치 간격을 유효 주사 전역에 걸쳐서 일정하게 할 수 있어서, 콤팩트하고 불균일한 피치가 없는 고정밀도의 다중 비임 광 주사 장치를 달성하는 것이 가능한 것이다.

Claims

광원 수단에서 출사된 광속을 편향 수단으로 도광하는 입사 광학 수단과, 상기 편향 수단에 의해 반사 편형된 광속을 피주사면에 결상(結像)시키는 주사 광학 수단을 구비한 광 주사 장치에 있어서,

상기 주사 광학 수단은, 자선 방향의 곡률이 상기 주사 광학 수단의 광축에 대한 모선 방향으로 비대칭으로 변화하는 자선 비대칭 변화면을 복수개 포함하는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
제1항에 있어서, 상기 자선 비대칭 변화면은 광축에 대한 모선 방향으로의 각각의 위치에서 자선 방향으로의 곡률의 대소 관계가 다르게 이루어진 자선 변형면을 2개 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
제2항에 있어서, 상기 자선 변형면은 광축에 대한 모선 방향으로의 각각의 위치에서 자선 방향으로의 곡률이 크게 되는 측 또는 작게 되는 측이 동일 측에 있는 2개 이상의 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
제2항에 있어서, 상기 자선 변형면 중에 적어도1면에서, 자선 방향으로의 곡률이 광축에 대하여 상기 광원 수단 측에서 크게 되는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
제1항에 있어서, 상기 자선 비대칭 변화면 중에 적어도1면에서, 광축에 대한 모선 방향으로의 1측에만 자선 방향으로의 곡률이 변극점을 갖는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
제1항에 있어서, 주사 광학 수단은 복수의 fθ렌즈를 구비하고, 복수의 fθ렌즈 중에 최근접하게 편향 수단측에 위치하는 fθ렌즈는 부주사 방향으로 부의 굴절력을 가지고, 최근접하게 피주사면측에 위치하는 fθ렌즈는 부주사 방향으로 정의 굴절력을 가지는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
제1항에 있어서, 상기 복수의 fθ렌즈의 전체 렌즈면의 형상은 상기 편향수단에 대향되는 오목 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
제1항에 있어서, 상기 주사 광학 수단의 fθ계수를 k로 하고 상기 피주사면에 유효 주사 폭을 W로 할 때,

k/W ≤ 0.6

으로 되는 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
제1항에 있어서, 상기 주사 광학 수단의 부주사 방향의 횡배율을 βs로 할 때,

｜βs｜≥2

인 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
복수의 발광부를 가지는 광원 수단과, 상기 광원 수단으로부터 출사된 복수의 비임을 편향 수단에 도광하는 입사 광학 수단과, 상기 편향 수단에 의해 반사 편향된 복수의 비임을 피주사면에 결상하는 주사 광학 수단를 구비하는 다중 비임 광 주사 장치에 있어서,

상기 주사 광학 수단은 자선 방향의 곡률이 상기 주사 광학 수단의 광축에 대한 모선 방향으로 비대칭으로 변화하는 자선 비대칭 변화면을 복수개 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 비임 광 주사 장치.
제10항에 있어서, 자선 비대칭 변화면은 광축에 대한 모선 방향의 각 위치에서 자선 방향의 곡률 중에 대소 관계가 다른 자선 변형면을 2개 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 비임 광 주사 장치.
제11항에 있어서, 상기 자선 변형면은 광축에 대한 모선 방향의 각 위치에서 자선 방향의 곡률이 크게 되는 측 또는 작게 되는 측이 동일 측에 있는 2개 이상 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 비임 광 주사 장치.
제11항에 있어서, 상기 자선 변형면 중에 적어도1면에서, 자선 방향의 곡률이 광축에 대한 광원 수단측에서 크게 되는 것을 특징으로 하는 다중 비임 광 주사 장치.
제10항에 있어서, 상기 자선 비대칭 변화면 중에 적어도1면에서, 광축에 대한 모선 방향의 일측에만 자선 방향의 곡률이 변극점을 가지는 것을 특징으로 하는 다중 비임 광 주사 장치.
제10항에 있어서, 주사 광학 수단은 복수의 fθ렌즈를 구비하고, 복수의 fθ렌즈 중에 최근접하게 편향 수단측에 위치하는 fθ렌즈는 부주사 방향으로 부의 굴절력을 가지고, 최근접하게 피주사면에 위치하는 fθ렌즈는 부주사 방향으로 정의 굴절력을 가지는 것을 특징으로 하는 다중 비임 광 주사 장치.
제15항에 있어서, 상기 복수의 fθ렌즈의 전체 렌즈면은 상기 편향 수단에 대향하는 오목 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 다중 비임 광 주사 장치.
제10항에 있어서, 상기 주사 광학 수단의 fθ계수를 k로 하고 상기 피주사면에 유효 주사 폭을 W로 할 때,

k/W ≤ 0.6

으로 되는 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 다중 비임 광 주사 장치.
제10항에 있어서, 상기 주사 광학 수단의 부주사 방향의 횡배율을 βs로 할 때,

｜βs｜≥2

인 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 다중 비임 광 주사 장치.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 기술된 주사 광 장치, 피주사면에 배치된 감광체, 정전기를 현상하는 현상 장치, 토너 화상으로, 주사 광 장치에 의해 주사를 받는 광으로 감광체에 형성된 잠상, 전사 매체에 현상된 토너 화상을 전사하는 전사 장치, 및 전사 매체에 전사된 토너 화상을 정착하는 정착 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 기술된 주사 광 장치와, 화상 신호로 외부 장치에서 공급된 코드 데이터를 변환하여 상기 주사 광 장치로 화상 신호를 공급하는 프린터 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.