KR20010080620A

KR20010080620A - 광 주사 장치

Info

Publication number: KR20010080620A
Application number: KR1020017006687A
Authority: KR
Inventors: 요시카와모토노부; 야마모토요시하루
Original assignee: 모리시타 요이찌; 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2001-08-22
Also published as: US6504639B1; EP1152278A4; CN1145821C; DE60037574D1; WO2001023942A1; CN1327542A; JP2001100130A; JP3349122B2; DE60037574T2; EP1152278B1; EP1152278A1; KR100400982B1

Abstract

반사 거울을 필요로 하지 않고, 1매의 곡면 거울로부터의 광속을 직접 감광 드럼에 인도함과 동시에, 양호한 광학 성능을 가지는 광 주사 장치로서, 광원부(l)와, 광원부에서의 광속을 주사하는 광 편향기(5)와, 광원부와 광 편향기사이에 배치되어, 광 편향기의 편향면상에 선상을 형성하는 제1 결상 광학계(2, 3)와, 광 편향기와 피주사면(8) 사이에 배치되어, 1매의 곡면 거울로 구성되는 제2 결상 광학계(7)를 구비한다. 제1 결상 광학계에서의 광속은 광 편향기의 편향면의 법선을 포함하여 주 주사 방향에 평행한 면에 대해 경사져 입사되고, 광 편향기로부터의 광속은 곡면 거울의 정점의 법선을 포함하여 주 주사 방향에 평행한 면(이하, YZ면이라고 칭한다)에 대해 경사져 입사된다. 곡면 거울로 향하는 광속의 중심축과 YZ면이 이루는 각을 θM으로 한 경우에, 10<θM<35를 만족한다.

Description

광 주사 장치{OPTICAL SCANNER}

레이저 빔 프린터 등에 이용되는 많은 광 주사 장치는, 광원으로서의 반도체 레이저, 광 편향기의 면 경사를 보정하기 위해 광원으로부터의 광속(光束)을 광 편향기에 선형태로 결상(結像)하는 제1 결상 광학계, 광 편향기로서의 폴리곤 거울 및 피주사면 상에 등속도로 균일한 스폿을 결상하는 제2 결상 광학계로 구성되어 있다.

종래의 광 주사 장치의 제2 결상 광학계는, fθ렌즈라고 불리는 대형 유리 렌즈 다수 매로 구성되어 있는데, 소형화가 곤란함과 동시에 고가라는 문제점이 있었다. 그래서 최근, 소형화, 저비용화를 실현하기 위해, 특개평 11-30710호 공보에 기재와 같은 제2 결상 광학계에 1 매의 곡면 거울을 이용하는 광 주사 장치가 제안되어 있다.

제안된 상기의 광 주사 장치는 모식적으로는 곡면 거울로부터의 광속이 직접 상 면(像面)에 인도되도록 기재되어 있지만, 광속이 곡면 거울에서 반사되는 반사각이 작고, 실제로 감광 드럼에 광속을 인도하기 위해서는 곡면 거울과 감광 드럼사이에 반사 거울을 배치할 필요가 있었다. 또한, 특개평 11-30710호 공보에 기재의 곡면 거울의 부 주사 방향 단면 형상은 원호가 아니고 4차 다항식 형상이므로, 가공, 계측이 곤란하다.

특개평 11-153764호 공보에는, 반사 거울을 필요로 하지 않고, 1매의 곡면 거울만으로 제2 결상 광학계를 구성한 광 주사 장치가 개시되어 있다. 그러나, 광속을 직접 피주사면으로 인도하기 위한 적절한 조건에 대해서는 불분명했다. 또한, 광속을 직접 피주사면으로 인도하기 위해서는 곡면 거울에 대해 큰 각도를 가지고 경사지게 광속을 입사시킬 필요가 있는데, 이 때 거울면에 생기는 큰 광선 수차에 대한 대책이 불충분했다.

본 발명은 상기 문제점에 비추어, 반사 거울을 필요로 하지 않고, 1매의 곡면 거울로부터의 광속을 직접 감광 드럼으로 인도함과 동시에, 곡면 거울을 비교적 가공, 계측이 용이한 형상으로 하여, 양호한 광학 성능을 가지는 광 주사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 기본 구성에 관한 광 주사 장치는 광속을 발하는 광원부와, 광원부에서의 광속을 주사하는 광 편향기와, 광원부와 광 편향기 사이에 배치되고, 광 편향기의 편향면상에 선상을 형성하는 제1 결상 광학계와, 광 편향기와 피주사면의 사이에 배치되어, 1매의 곡면 거울로 구성된 제2 결상 광학계를 구비한다. 그리고, 제1 결상 광학계에서의 광속은 광 편향기의 편향면의 법선을 포함하여 주 주사 방향에 평행한 면에 대해 경사져 입사되고, 광 편향기로부터의 광속은 곡면 거울의 정점에서의 법선을 포함하여 주 주사 방향에 평행한 면(이하, YZ면이라고 칭한다)에 대해 경사져 입사되도록 구성된다. 또한, 광 편향기로부터 곡면 거울로 향하는 광속의 중심축과 YZ면이 이루는 각을 θM으로 한 경우에, 10<θM<35를 만족하는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 제2 결상 광학계를 1매의 거울로 구성하고, 10<θM을 만족하는 큰 반사각으로 광속을 반사하기 때문에, 배치 자유도가 증가하고, 반사 거울을 필요로 하지 않고, 광속을 직접 피주사면에 인도할 수 있다. 또한, 상기 조건식의 상한은 광선 수차의 보정이 가능한 범위를 표시한 것이다.

상기 구성에 있어서는 곡면 거울에 대해 10<θM이라는 큰 각도를 가지고 경사져 광속이 입사되므로, 거울면에서 큰 광선 수차가 생긴다. 이 수차를 보정하기 위해, 본 발명의 광 주사 장치에서는 제1 결상 광학계에서의 광속은 광 편향기의 편향면의 법선을 포함하여 주 주사 방향에 평행한 면에 대해 경사져 입사되는 배치로 하고, 광선 수차를 보정 가능한 경사각의 범위로 한정한다.

상기 구성에 있어서 양호한 스폿을 얻기 위해, 부 주사 방향 단면의 편향면에서 반사된 반사 광속이 제1 결상 광학계에서의 입사 광속에 대해 이루는 각도의 방향을 양의 방향으로 한 경우, 곡면 거울에서 반사된 광속이 편향면에서의 입사 광속에 대해 이루는 각도가 음의 방향이 되도록 구성한다. 이에따라 반사 광속과 입사 광속이 각각 양의 방향과 음의 방향에 위치하므로, 경사 입사에 기인하여 생기는 광선 수차를 보정하여, 양호한 스폿을 얻을 수 있다.

또한 양호한 스폿을 얻기 위해서는, 상기 구성에서 편향면의 법선이 제1 결상 광학계에서의 광속과 이루는 각도를 θP, 편향면에서 곡면 거울의 정점까지의거리를 L, 곡면 거울로부터 피주사면까지의 거리를 D로 한 경우, 하기 조건식(1)을 만족하는 구성으로 한다.

1.6 < θM/θP+ 0.98L/(L+D) < 2.2 …(1)

이와 같이, 제1 결상 광학계와 광 편향기와 제2 결상 광학계의 위치관계가 상기 조건식을 만족하면, 광속의 경사 입사에 기인하여 생기는 광선 수차를 적정하게 보정할 수 있다. 조건식의 범위를 넘으면 경사 방향으로 수차가 생긴다.

또한, 더욱 고해상도를 달성하기 위해서는 이하의 조건식 (2), (3)을 만족하는 것이 바람직하다.

l.86 < θM/θP+0.98L/ (L+D) < 1.94 …(2)

조건식(2)를 만족하면, 광속의 경사 입사에 기인하여 생기는 광선 수차를 보다 적정하게 보정할 수 있다.

0.48 < L/(L+D) < 0.75 …(3)

조건식 (3)을 만족하면, 10 < θM의 반사각이라도 광선 수차를 보정할 수 있다. 하한을 만족하지 않는 경우, 광선 수차가 생기고, 상한을 만족하지 않는 경우, 부 주사 방향의 빔 직경이 주사 중심과 주변에서 크게 변화하므로 고해상도 달성이 곤란하게 된다.

또한, 상기의 기본 구성의 광 주사 장치에 있어서, 곡면 거울의 부 주사 방향 단면 형상을 원호로 한다. 이에따라 곡면 거울을 비교적 가공, 계측이 용이한 형상으로 할 수 있다.

곡면 거울의 형상은 상면 만곡, fθ 오차, 주사선 만곡을 보정하는 주부의곡율 반경이 다른 형상, 또한 모선(母線) 상의 각 점에서의 법선이 트위스트되어 있는 자유 곡면으로 하는 것을 생각할 수 있다.

즉, 곡면 거울은 경사 입사에 기인하여 생기는 주사선 휘어짐을 보정하는 형상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 곡면 거울은 YZ면에 대해 비대칭으로 해도 된다. 또한, 곡면 거울은 YZ면과 곡면이 교차하는 곡선(이후 모선) 상에 있는 정점 이외의 각 점의 법선이 YZ면에 포함되지 않는 트위스트 형상으로 할 수도 있다. 이들 구성에 의해, 광학계를 단순한 구성으로 할 수 있고, 광속의 경사 입사에 기인하여 생기는 광선 수차를 보정하면서, 주사선 휘어짐을 보정할 수 있다.

상기 트위스트 형상의 곡면 거울은 모선상의 각 점의 법선이 YZ면과 이루는 각도를 정점에서 멀어질수록 커지게 하면 좋다. 또한, 상기 트위스트 형상의 곡면 거울은 모선상의 각 점의 법선이 YZ면과 이루는 각도의 방향이 곡면 거울에서 반사되는 광속이 편향면에서의 입사 광속에 대해 이루는 각도를 양의 방향으로 한 경우에, 양의 방향이 되도록 하면 좋다.

상기 기본 구성의 광 주사 장치에서 곡면 거울은 정점에서의 주 주사 방향의 곡율 반경과 부 주사 방향의 곡율 반경이 다른 원주 거울로 하면 좋다. 또한, 곡면 거울은 주 주사 방향, 부 주사 방향 모두 오목한 거울면으로 할 수도 있다. 또한, 곡면 거울은 부 주사 방향의 굴절력이 주 주사 방향의 중심부와 주변부에서 변화하는 거울면으로 할 수도 있다. 또한, 곡면 거울은 부 주사 방향 단면의 곡율 반경이 주 주사 방향 단면 형상에 따르지 않는 형상으로 할 수 도 있다.

또한, 상기 기본 구성의 광 주사 장치에 있어서, 제1 결상 광학계는 광원부에서의 광속을 주 주사 방향에 대해 수속 광속이 되도록 구성할 수 있다.

이들 구성에 의해, 주 주사 방향, 부 주사 방향의 각 상면 만곡, fθ 특성을 양호한 성능으로 할 수 있다.

또한, 상기 기본 구성의 광 주사 장치에 있어서, 광원부가 파장 가변 광원과 파장 제어부를 구비하는 구성으로 할 수도 있다. 이 구성에 의하면, 스폿 크기는 거의 파장에 비례하므로, 파장을 제어하면 감광 드럼상에 결상하는 스폿 크기를 임의로 제어할 수 있고, 또한, 제2 결상 광학계가 반사 거울만으로 구성되므로 색수차가 전혀 발생하지 않으므로, fθ 특성 등 다른 성능을 열화시키지 않고 해상도를 임의로 바꿀 수 있다.

본 발명의 다른 기본 구성에 관한 광 주사 장치는 광속을 발하는 광원부와, 광원부에서의 광속을 주사하는 광 편향기와, 광원부와 광 편향기 사이에 배치되고, 광 편향기의 편향면상에 선상을 형성하는 제 l 결상 광학계와, 광 편향기와 피주사면 사이에 배치되고, 1매의 곡면 거울로 구성되는 제2 결상 광학계를 구비한다. 그리고, 제1 결상 광학계에서의 광속은 광 편향기의 편향면의 법선을 포함하여 주 주사 방향에 평행한 면에 대해 경사져 입사되고, 광 편향기로부터의 광속은 곡면 거울의 정점에서의 법선을 포함하여 주 주사 방향에 평행한 면(이하, YZ면이라고 칭한다)에 대해 경사져 입사되도록 구성된다. 또한, 광원부가 적어도 2개의 광원으로 이루어지고, 광원부와 광 편향기사이에 배치된 적어도 2개의 광원으로부터의 광속을 합성하는 광 합성수단을 구비하고, 곡면 거울로 향하는 광속의 중심축과 상기 YZ면이 이루는 각을 θM으로 한 경우에, 10 < θM < 35를 만족하는 것을 특징으로한다.

이 구성에 의하면, 1도의 주사로 2광속 이상의 주사를 행할 수 있으므로, 광원이 1개인 경우와 비교해 적어도 2배의 선상 정보를 피주사면상에 주사할 수 있음과 동시에, 제2 결상 광학계를 1매의 거울로 구성하고, 10 < θM을 만족하는 큰 반사각으로 광속을 반사하므로, 배치 자유도가 증가하고, 반사 거울을 필요로 하지 않으며, 직접 피주사면으로 인도할 수 있다.

광 합성 수단으로는 예컨대 이색성 거울을 사용할 수 있다. 이색성 거울은 파장을 선택하여 반사, 투과하기 때문에 효율좋게 광을 합성할 수 있다. 또한, 하프 미러를 사용하는 것도 가능하다. 하프 미러는 가공이 용이하므로 저비용으로 광 합성을 실현할 수 있다.

또한, 상기 구성의 광 주사 장치에 있어서, 광 편향기와 피주사면의 사이에 배치되는 광속을 분해하는 광 분해 수단을 구비할 수 있다. 광 편향기와 피주사면의 사이에 광속을 분해하는 광분해 수단을 배치함으로써, 한번의 주사로 동시에 적어도 2개의 선상을 피주사면상에 형성할 수 있고, 화상형성 속도 혹은 화상 판독 속도를 적어도 2배 빠르게 하는 효과를 얻을 수 있다.

광 분해 수단으로는 회절 격자 또는 이색성 거울 등을 사용하면 된다. 회절 격자에 의하면, 입사된 광속은 파장에 따라 다른 회절각으로 회절되므로, 저비용 고효율로 광을 분해할 수 있다. 또한, 이색성 거울에 의하면, 파장을 선택하여 반사, 투과하므로 효율좋게 광을 분해할 수 있다.

또한, 상기 구성의 광 주사 장치에 있어서, 광원부를 구성하는 적어도 2개의광원으로부터 발하는 광의 파장을 다르게 할 수도 있다. 파장이 다른 광을 사용해도, 제2 결상 광학계가 반사 거울만으로 구성되어, 통상 발생하는 색 수차가 전혀 발생하지 않으므로, 고해상도의 컬러 화상 형성 혹은 컬러 화상 판독이 가능해진다.

이상 중 어느 하나의 구성의 광 주사 장치를 이용하여 화상 판독 장치 또는 화상 형성 장치를 구성함으로써, 소형, 저비용, 고해상도이고, 또한, 고속의 화상 판독 장치, 화상 형성 장치를 얻을 수 있다.

본 발명의 컬러 화상 형성 장치는 이송 수단과, 전사 수단과, 광 주사 장치를 구비한다. 이송 수단은 현상기 및 감광체를 포함하는 다수의 색에 대응한 다수의 상형성 유닛이 대략 원통 형상을 형성하고, 그 원통의 주방향으로 각 상형성 유닛이 배열되도록 지지된 구성을 가지고, 원통의 축심 주위에 다수의 상형성 유닛을 동시에 회전시킴으로써, 각 상형성 유닛을 상형성 위치와 대기 위치사이에서 이동시킨다. 전사 수단은 상형성 위치에 있는 상형성 유닛의 감광체에 접촉 가능한 전사체를 가지고, 상형성 위치에 있는 상형성 유닛의 교체에 따라, 각 감광체상에 형성된 각 색의 토너상을 전사체에 순차 전사하고, 각 색의 토너상을 중첩시켜 컬러 토너상을 전사체상에 형성한다. 광 주사 장치는 상기 중 어느 하나의 구성을 가지고, 상형성 유닛의 감광체를 노광한다.

이 구성에 의하면, 곡면 거울의 배치, 광속의 반사각을 최적화함으로써 소형, 저비용의 컬러 화상 형성 장치를 얻을 수 있다.

상기 구성의 컬러 화상 형성 장치에 있어서, 광 주사 장치의 제2 결상 광학계를 구성하는 1매의 곡면 거울을 원통의 축심 근방에 배치할 수 있다.

또한, 상기 구성의 컬러 화상 형성 장치에 있어서, 광 주사 장치는 제1 결상 광학계에서의 광속이 광 편향기의 편향면의 법선을 포함하여 주 주사 방향에 평행한 면에 대해 경사져 입사되고, 광 편향기로부터의 광속이 곡면 거울의 정점에서의 법선을 포함하여 주 주사 방향에 평행한 면(YZ면)에 대해 경사져 입사되며, 곡면 거울로 향하는 광속의 중심축과 YZ면이 이루는 각을 θM으로 한 경우에, 12.5 <θM < 17.5를 만족하도록 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명은 레이저 빔 프린터, 레이저 팩시밀리, 혹은 디지털 복사기 등에 이용되는 광 주사 장치에 관한 것이다.

도1은 본 발명의 실시 형태1에 관한 광 주사 장치를 도시하는 개략 블록도,

도2는 실시 형태l에 관한 광 주사 장치를 부 주사 방향에 평행한 면에서 자른 단면도,

도3은 실시 형태1에 관한 광 주사 장치의 수치예1의 경우의 특성도이고, 도3A는 fθ오차, 도3B는 상면 만곡량, 도3C는 잔존 주사선 만곡량을 각각 도시하는 도면,

도4는 실시 형태l에 관한 광 주사 장치의 수치예2의 경우의 특성도이고, 도4A는 fθ오차, 도4B는 상면 만곡량, 도4C는 잔존 주사선 만곡량을 각각 도시하는 도면,

도5은 실시 형태1에 관한 광 주사 장치의 수치예3의 경우의 특성도이고, 도5A는 fθ 오차, 도5B는 상면 만곡량, 도5C는 잔존 주사선 만곡량을 각각 도시하는 도면,

도6은 실시 형태1에 관한 광 주사 장치의 수치예4의 경우의 특성도이고, 도6A는 fθ 오차, 도6B는 상면 만곡량, 도6C는 잔존 주사선 만곡량을 각각 도시하는 도면,

도7은 실시 형태1에 관한 광 주사 장치의 수치예5의 경우의 특성도이고, 도7A는 fθ 오차, 도7B는 상면 만곡량, 도7C는 잔존 주사선 만곡량을 각각 도시하는 도면,

도8은 실시 형태1에 관한 광 주사 장치의 수치예6의 경우의 특성도이고, 도8A는 fθ 오차, 도8B는 상면 만곡량, 도8C는 잔존 주사선 만곡량을 각각 도시하는 도면,

도9는 실시 형태1에 관한 광 주사 장치의 수치예7의 경우의 특성도이고, 도9A는 fθ 오차, 도9B는 상면 만곡량, 도9C는 잔존 주사선 만곡량을 각각 도시하는 도면,

도10은 본 발명의 실시 형태2에 관한 광 주사 장치를 도시하는 구성도,

도11은 본 발명의 광 주사 장치를 적용한 화상 판독 장치의 구성도,

도12는 본 발명의 광 주사 장치를 적용한 화상 형성 장치의 개략 단면도,

도13은 본 발명의 광 주사 장치를 적용한 컬러 화상 형성 장치의 개략 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도1 내지 도8을 참조하여 설명한다.

(실시 형태1)

도1은 본 발명의 실시 형태1의 광 주사 장치의 구성을 도시하는 사시도이다. 도1에서 1은 반도체 레이저, 2는 축대칭 렌즈, 3은 부 주사 방향으로만 굴절력을 가지는 실린드리컬 렌즈, 4는 반사 거울, 5는 폴리곤 거울, 7은 곡면 거울, 8은 주사면인 감광 드럼이다. 6은 폴리곤 거울(5)의 회전 중심축을 표시한다.

도2는 도1의 광 주사 장치의 주사 중심축을 포함하여 부 주사 방향에 평행한 면에서 절결한 단면도이다. 반사 거울(4)로부터의 광속은 폴리곤 거울(5)의 편향면에 대해 경사져 입사되고, 폴리곤 거울(5)로부터의 광속은 곡면 거울(7)에 대해 경사져 입사되도록 부 주사 방향에서 기울어져 배치되어 있다.

도면 중, r은 폴리곤 거울(5)의 내접 반경, L은 편향 반사점과 곡면 거울(7)의 간격, D는 곡면 거울(7)과 감광 드럼(8)의 간격, θP는 반사 거울(4)로부터의 광축과 편향 반사면의 법선이 이루는 각, θM은 편향 반사면에서의 광축과 곡면 거울(7)의 정점에서의 법선이 이루는 각이다.

또한, 후술하는 각 실시예의 곡면 거울의 면 형상은 면의 정점을 원점으로 하는 부 주사 방향 좌표, 주 주사 방향 좌표가 각각, x(mm), y(mm)인 위치의 정점에서의 새그(sag)량을 입사 광속이 향하는 방향을 양으로 하는 z(mm)로 하여 식(4)로 표시된다.

여기서, f(y)는 모선(母線)상의 형상인 비원호를 표시하는 식, g(y)는 y위치의 부 주사 방향(x방향)의 곡률 반경, θ(y)는 y위치의 트위스트량을 표시하는 식이다. 그리고, RDy(mm)는 정점의 주 주사 방향 곡률 반경, RDx(mm)는 부 주사 방향 곡률 반경, K는 모선 형상을 도시하는 원추 정수, AD, AE, AF, AG는 모선 형상을 도시하는 고차 정수이고, BC, BD, BE, BF, BG는 y위치의 부 주사 방향 곡률 반경을 정하는 정수, EC, ED, EE는 y위치의 트위스트량을 정하는 트위스트 정수이다.

구체적 수치예를 이하에 표시한다. 또한, 최대 상(像) 높이를 Ymax, 그에 대응한 폴리곤 회전각을 αmax로 했다.

이상과 같이 구성된 광 주사 장치에 대해, 이하, 도1, 도2를 참조하여 그 동작을 설명한다.

반도체 레이저(1)로부터의 광속은 축대칭 렌즈(2)에 의해 수속광으로 된다. 그리고, 실린드리컬 렌즈(3)에 의해 부 주사 방향에 대해서만 수속되고, 반사 거울(4)에 의해 반사되고, 폴리곤 거울(5)의 반사면 상에 선 형상으로 결상된다. 폴리곤 거울(5)이 회전 중심축(6)을 중심으로 회전함으로써, 광속은 주사되고, 곡면 거울(7)에 의해 반사되어, 주사면(8) 상에 결상된다. 곡면 거울(7)의 형상은주, 부 상면 만곡, fθ 오차를 보정하도록, 주 주사 방향 단면의 비원호 형상, 각 상 높이에 대응한 부 주사 방향의 곡률 반경이 정해져 있고, 또한, 주사선 만곡을 보정하기 위해 각 상 높이에 대응한 위치에서의 면의 트위스트량이 정해져 있다.

각 수치예의 주사 중심, 최대 상 높이에 있어서의 파면 수차를 (표8)에 표시한다.

수치예1에서 3은 L=120, θM= 15의 조건으로 θP를 바꾸어 설계한 예에서, 수치예2가 경사 입사에 의해 생기는 광선 수차가 보정되는 최적 설계예이고, 수치예1이 하기 조건식(1)의 상한, 수치예3이 하한 부근의 설계예이다.

1.6 <θM /θP+ 0.98L/ (L+D) < 2.2 …(1)

수치예4에서 7은 각 L, θM에 대해 최적 θP를 결정한 설계예이고, 하기의 조건식(2)를 만족하고 있다.

1.86 <θM/θP+ 0.98L/ (L+D) < 1.94 …(2)

또한, 각 수치예의 주사 중심과 최대 상 높이의 부 주사 방향의 빔 직경(1/e²강도)의 비를 (표9)에 표시한다.

각 수치예 모두 하기의 조건식(3)을 만족하고 있다.

0.48 < L/ (L+D) < 0.75 …(3)

도3∼도9는 각각 수치예 l∼수치예7인 경우의 특성을 나타내는 도면이고, 각 도에서 A는 fθ 오차, B는 상(像) 면 만곡량, C는 잔존 주사선 만곡량을 표시한다.

여기서, fθ 오차(△Y)는 주사 중심 근방에서의 폴리곤의 단위 회전각당의 주사 속도(감광 드럼면상에서 광속이 주사되는 속도)를 V(mm/deg), 폴리곤 회전각 α(deg), 상 높이를 Y(mm)로 하였을 때, 하기 식(8)로 표시되는 양이다.

△Y = Y - V × α …(8)

또한, 반도체 레이저(1)를 파장 가변 레이저로 하여, 그 파장을 제어하면, 감광 드럼(8) 상에 결상하는 스폿의 크기를 임의로 제어할 수도 있다.

또, 본 실시 형태에서는 곡면 거울 형상을 표시하기 위해 식(4)를 이용했는데, 같은 형상을 나타낼 수 있으면 다른 식을 이용해도 된다.

(실시 형태2)

도10은 청구항18에 대응하는 구성을 가지는 실시 형태2의 광 주사 장치의 구성도이다.

도10에서 9는 파장 λ1의 광속을 발하는 제1 광원, 10은 파장 λ2의 광속을 발하는 제2 광원, 11은 제1 광원(9)으로부터의 광을 수속광으로 하는 제1 축대칭 렌즈, 12는 제2 광원(10)으로부터의 광을 수속광으로 하는 제2 축대칭 렌즈이다. 13은 부 주사 방향으로만 굴절력을 가져 편향면상에 제1 광원(9)으로부터의 광속을 선형상으로 하여 결상하는 제1 실린드리컬 렌즈, 14는 부 주사 방향으로만 굴절력을 가져 편향면상에 제2 광원(10)으로부터의 광속을 선 형상으로서 결상하는 제2 실린드리컬 렌즈이다. 15는 파장 λl의 광속을 투과하고, 파장 λ2의 광속을 반사하는 이색성 거울, 16은 반사 거울, 17은 폴리곤 거울, 18은 폴리곤 거울(17)의 회전 중심축이다. 19는 곡면 거울이고, 실시 형태1의 설명에서 기재한 수치예1∼수치예4 중 어느 하나에 표시한 형상 및 배치를 가진다. 20은 파장λ1과 파장λ2의 광속을 분리하는 회절 격자, 21은 감광 드럼이다.

이상과 같이 구성된 광 주사 장치에 대해 동작을 설명한다. 이색성 거울(15)로 합성된 2개의 다른 파장의 광속이 폴리곤 거울(17)에 의해 주사되고, 곡면 거울(19)에 의해 수속광으로 된다. 회절 격자(20)에 입사하는 광속은 회절 격자(20)에 의해 2개의 광속으로 분리되고, 감광 드럼(21)상에 결상된다. 이에따라, 한번의 주사로 2 라인 주사할 수 있다. 이 때, 곡면 거울(19)에서는 색수차가 전혀 발생하지 않는다. 따라서, 회절 격자(20)에 의해 분리된 2개의 광속은 모두 감광 드럼(21)에 양호하게 결상하게 된다. 여기서는 합성 수단으로서 이색성 거울을 이용했지만 하프 거울을 이용해도 되고, 또한 분리수단으로서 회절 격자를 이용했지만, 이색성 거울을 이용해도 된다.

또한, 상기 본 실시 형태에서는 분해 수단을 구비하여 2라인 주사를 행하려 했지만, 분리 수단을 형성하지 않고 파장 다중의 주사를 행하는 것도 가능하다.

(실시 형태3)

도11은 청구항21에 대응하는 구성을 가지는 실시 형태3의 화상 판독 장치의 구성도이다.

도11에서 1에서 7은 도1에 도시한 광 주사 장치를 구성하는 요소와 동일하다. 22는 판독면, 23은 광원(1)으로부터의 광속을 투과함과 동시에 판독면(22)에서의 반환광을 검출계에 반사하는 하프 거울, 24는 검출기, 25는 검출기(24)로 되돌아가는 광을 인도하는 검출 광학계이다.

이상과 같이, 본 실시 형태의 광 주사 장치를 이용함으로써, 소형, 저비용, 고해상도의 화상 판독 장치를 실현할 수 있다.

(실시 형태4)

도12는 실시 형태1 또는 실시 형태2에 기재한 광 주사 장치를 적용한 화상 형성 장치를 도시하는 개략 단면도이다. 도12에서 26은 광이 조사되면 전하가 변화하는 감광체가 표면을 덮고 있는 감광 드럼, 27은 감광체의 표면에 정전기 이온을 부착하여 대전하는 1차 대전기, 28은 인자부(印字部)에 대전 토너를 부착시키는 현상기, 29는 부착한 토너를 용지에 전사하는 전사 대전기, 30은 남은 토너를 제거하는 클리너, 31은 전사된 토너를 용지에 정착시키는 정착 장치, 32는 급지 카세트, 33은 반도체 레이저, 축대칭 렌즈, 실린드리컬 렌즈로 구성되는 광원 블록,34는 폴리곤 거울, 35는 실시의 형태1에서 도시한 곡면 거울이다.

이상과 같이, 상기 실시예의 광 주사 장치를 이용함으로써 소형, 저비용의 화상 형성 장치를 실현할 수 있다.

(실시 형태5)

도13은 실시 형태1 또는 실시 형태2의 광 주사 장치를 적용한 컬러 화상 형성 장치를 도시하는 개략 단면도이다.

도13에서 36Y, 36M, 36C, 36B는 각각 노란색, 자홍색, 청색, 검은색의 각 색에 대응한 상 형성 유닛이다. 상 형성 유닛(36Y)은 광이 조사되면 전하가 변화하는 감광체가 표면을 덮고 있는 감광 드럼(37Y), 감광체의 표면에 정전기 이온을 부착하여 대전하는 일차 대전기(38Y), 인자부에 대전 토너를 부착시키는 현상기(39Y) 및 남은 토너를 제거하는 클리너(40Y)로 구성되어 있다. 다른 색의 상 형성 유닛(36M, 36C, 36B)도 동일한 구성이다.

41은 각 색의 감광 드럼(37Y, 37M, 37C, 37B) 상에 형성된 토너상을 전사하는 전사 벨트, 42는 전사 벨트(41)에 부착한 토너를 용지에 전사하는 전사 대전기, 43은 전사된 토너를 용지에 정착시키는 정착 장치, 44는 급지 카세트이다. 45는 반도체 레이저, 축 대칭 렌즈, 실린드리컬 렌즈로 구성되는 광원 블록, 46은 폴리곤 거울이다. 47은 곡면 거울이고, 실시 형태1에 기재한 것을 이용할 수 있다.

도13에서 명백한 바와같이, 4색에 대응한 상 형성 유닛(36Y) 이외는 원통을 형성하도록 지지되어 있다. 원통의 축심 주위에 각 상 형성 유닛(36) 이외를 동시에 회전시켜, 각 감광 드럼(37Y) 이외를 순차 전사 벨트(41)에 접촉시킨다. 상 형성 유닛(36Y) 이외의 교체에 따라, 광원 블록(45), 폴리곤 거울(46), 곡면 거울(47)에 의해, 각 감광 드럼(37Y) 이외의 위에 정전 잠상(潛像)을 형성하고, 또한 현상기(39Y) 이외에 의해 토너상을 형성한다. 각 감광 드럼(37Y) 이외의 위에 형성된 각 색 토너상을 전사 벨트(41)에 순차 전사하여, 각 색의 토너상을 중첩시켜 컬러 토너상을 전사 벨트(41)상에 형성한다.

광원 블록(45), 폴리곤 거울(46), 곡면 거울(47)로 구성되는 광 주사 장치는 곡면 거울에 의한 광속의 반사각을 본 실시형태의 컬러 화상 형성 장치에 최적인 30deg로서 설계되어 있으므로, 곡면 거울(47)만이 원통의 축심 근방에 배치되고, 반사된 광속은 직접 감광 드럼(37Y) 등으로 인도된다.

이상의 구성에 의해, 소형, 저비용의 컬러 화상 형성 장치를 실현할 수 있다.

본 발명의 광 주사 장치에 의하면, 1매의 곡면 거울만으로 제2 결상 광학계를 구성하여, 반사 거울을 필요로 하지 않고, 곡면 거울로부터의 광속을 직접 감광 드럼으로 인도함과 동시에, 곡면 거울을 비교적 가공, 계측이 용이한 형상으로 하여, 양호한 광학 성능을 가지는 광 주사 장치를 얻을 수 있다.

Claims

광속을 발하는 광원부와, 상기 광원부에서의 광속을 주사하는 광 편향기와, 상기 광원부와 상기 광 편향기 사이에 배치되어, 상기 광 편향기의 편향면 상에 선 형상을 형성하는 제1 결상 광학계와, 상기 광 편향기와 피주사면 사이에 배치되어, 1 매의 곡면 거울로 구성된 제2 결상 광학계를 구비하고,

상기 제1 결상 광학계에서의 광속은 상기 광 편향기의 상기 편향면 법선을 포함하여 주 주사 방향에 평행한 면에 대해 경사져 입사되고, 상기 광 편향기로부터의 광속은 상기 곡면 거울의 정점의 법선을 포함하여 주 주사 방향에 평행한 면(이하, YZ면이라고 칭한다)에 대해 경사져 입사되도록 구성된 광 주사 장치로서,

상기 광 편향기로부터 상기 곡면 거울로 향하는 광속의 중심축과 상기 YZ면이 이루는 각을 θM으로 한 경우에, 10 < θM < 35를 만족하는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
제1항에 있어서, 부 주사 방향 단면에 있어서, 상기 편향면에서 반사된 반사 광속이 상기 제1 결상 광학계에서의 입사 광속에 대해 이루는 각도의 방향을 양의 방향으로 한 경우, 상기 곡면 거울에서 반사된 광속이 상기 편향면에서의 입사 광속에 대해 이루는 각도가 음의 방향인 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
제2항에 있어서, 상기 편향면의 법선이 상기 제1 결상 광학계에서의 광속과이루는 각도를 θP, 상기 편향면에서 상기 곡면 거울의 정점까지의 거리를 L, 상기 곡면 거울로부터 상기 피주사면까지의 거리를 D로 한 경우, 하기 조건식 (l)을 만족하는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.

l.6 < θM/θP+ 0.98L/ (L+D) < 2.2 …(l)
제3항에 있어서, 하기 조건식(2)을 만족하는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.

1.86 <θM/θP+ 0.98L/ (L+D) < 1.94 …(2)
제1항에 있어서, 상기 편향면에서 상기 곡면 거울의 정점까지의 거리를 L, 상기 곡면 거울로부터 상기 피주사면까지의 거리를 D로 한 경우, 하기의 조건식(3)을 만족하는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.

0.48 < L/ (L+D) < 0.75 …(3)
제1항에 있어서, 상기 곡면 거울은 부 주사 방향 단면 형상이 원호인 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
제1항에 있어서, 상기 곡면 거울은 경사 입사에 기인하여 생기는 주사선 휘어짐을 보정하는 형상인 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
제1항에 있어서, 상기 곡면 거울은 상기 YZ면에 대해 비대칭인 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
제1항에 있어서, 상기 곡면 거울은 상기 YZ면과 곡면이 교차하는 곡선(이하, 모선이라고 칭한다) 상에 있는 정점 이외의 각 점에서의 법선이, 상기 YZ면에 포함되지 않는 트위스트 형상인 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
제9항에 있어서, 상기 모선 상의 각 점에서의 법선이 상기 YZ면과 이루는 각도는 정점에서 멀어질수록 커지는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
제9항에 있어서, 상기 모선 상의 각 점에서의 법선이 상기 YZ면과 이루는 각도의 방향은 상기 곡면 거울에서 반사되는 광속이 상기 편향면에서의 입사 광속에 대해 이루는 각도를 양의 방향으로 한 경우, 양의 방향인 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
제1항에 있어서, 상기 곡면 거울은 정점에서의 주 주사 방향의 곡률 반경과 부 주사 방향의 곡률 반경이 다른 원주 거울인 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
제1항에 있어서, 상기 곡면 거울은 주 주사 방향, 부 주사 방향 모두 오목한 거울면인 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
제1항에 있어서, 상기 곡면 거울은 부 주사 방향의 굴절력이 주 주사 방향에서의 중심부와 주변부에서 다른 거울면인 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
제1항에 있어서, 상기 곡면 거울은 부 주사 방향 단면의 곡률 반경이 주 주사 방향 단면 형상에 따르지 않는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 결상 광학계는 상기 광원부에서의 광속을 주 주사 방향에 대해 수속 광속으로 하는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
제1항에 있어서, 상기 광원부는 파장 가변 광원과 파장 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
광속을 발하는 광원부와, 상기 광원부에서의 광속을 주사하는 광 편향기와, 상기 광원부와 상기 광 편향기 사이에 배치되고, 상기 광 편향기의 편향면 상에 선 형상을 형성하는 제1 결상 광학계와, 상기 광 편향기와 피주사면 사이에 배치되며, 1 매의 곡면 거울로 구성되는 제2 결상 광학계를 구비하고,

상기 제1 결상 광학계에서의 광속은 상기 광 편향기의 상기 편향면의 법선을 포함하여 주 주사 방향에 평행한 면에 대해 경사져 입사하고, 상기 광 편향기로부터의 광속은 상기 곡면 거울 정점에서의 법선을 포함하여 주 주사 방향에 평행한면(이하, YZ면이라고 칭한다)에 대해 경사져 입사하도록 구성된 광 주사 장치로서,

상기 광원부가 적어도 2 개의 광원으로 이루어지고, 상기 광원부와 상기 광 편향기 사이에 배치된 상기 적어도 2 개의 광원으로부터의 광속을 합성하는 광합성 수단을 구비하고, 상기 곡면 거울로 향하는 광속의 중심축과 상기 YZ면이 이루는 각을 θM으로 한 경우에 10 <θM< 35를 만족하는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
제18항에 있어서, 상기 광 편향기와 피주사면 사이에 배치된 광속을 분해하는 광분해 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
제18항에 있어서, 상기 광원부를 구성하는 적어도 2 개의 광원으로부터 발하는 광의 파장은 다른 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
제1항 내지 20항 중 어느 한 항 기재의 광 주사 장치를 이용한 화상 판독 장치.
제1항 내지 제20항 중 어느 한 항 기재의 광 주사 장치를 이용한 화상 형성 장치.
현상기 및 감광체를 포함하는 다수의 색에 대응한 다수의 상 형성 유닛이 대략 원통 형상을 형성하고, 그 원통의 주방향에 상기 각 상 형성 유닛이 배열되도록 지지된 구성을 가지고, 상기 원통의 축심 주위에 상기 다수의 상 형성 유닛을 동시에 회전시킴으로써, 상기 각 상 형성 유닛을 상 형성 위치와 대기위치 사이에서 이동시키는 이송수단과, 상기 상 형성 위치에 있는 상 형성 유닛의 감광체에 접촉 가능한 전사체를 가지고, 상기 상 형성 위치에 있는 상 형성 유닛이 교체됨에 따라, 각 감광체상에 형성된 각 색의 토너상을 상기 전사체에 순차 전사하고,

각 색의 토너상을 중첩시켜 컬러 토너상을 상기 전사체 상에 형성하는 전사 수단과, 상기 감광체를 노광하는 광 주사 장치를 구비한 컬러 화상 형성 장치로서, 상기 광 주사 장치는 청구항 l∼20 중 어느 한 항에 기재된 광 주사 장치인 것을 특징으로 하는 컬러 화상 형성 장치.
제23항에 있어서, 상기 광 주사 장치의 제2 결상 광학계를 구성하는 상기 1 매의 곡면 거울은 상기 원통의 축심 근방에 배치된 것을 특징으로 하는 컬러 화상 형성 장치.
제23항에 있어서, 상기 광 주사 장치는 상기 제1 결상 광학계에서의 광속이 상기 광 편향기의 상기 편향면의 법선을 포함하여 주 주사 방향에 평행한 면에 대해 경사져 입사되고, 상기 광 편향기로부터의 광속이 상기 곡면 거울의 정점에서의 법선을 포함하여 주 주사 방향에 평행한 면(YZ면)에 대해 경사져 입사되고, 상기곡면 거울로 향하는 광속의 중심축과 상기 YZ면이 이루는 각을 θM으로 한 경우에, 12.5 <θM< 17.5를 만족하도록 구성된 것을 특징으로 하는 컬러 화상 형성 장치.