KR20020090165A

KR20020090165A - 광학소자, 이것을 가진 주사광학계 및 화상형성장치

Info

Publication number: KR20020090165A
Application number: KR1020020029127A
Authority: KR
Inventors: 기무라가즈미
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2002-05-25
Publication date: 2002-11-30
Also published as: EP1260847B1; CN1388385A; EP1260847A2; KR100499880B1; EP1260847A3; US20020179827A1; DE60228018D1; JP2002350624A; ES2307710T3; US6927917B2

Abstract

본 발명에 의한 광학소자는 적어도 하나의 광학면 상에 형성된 미세구조격자를 가진다. 광학소자에 있어서, 미세구조격자는 광속의 입사각이 중심부로부터 주변부로 변화하기 때문에 발생하는 투과광량의 변화를 조정하는 구성으로 이루어진다.

Description

광학소자, 이것을 가진 주사광학계 및 화상형성장치{OPTICAL ELEMENT, SCANNING OPTICAL SYSTEM HAVING THE SAME, AND IMAGE FORMING APPARATUS}

본 발명은 입사각이 변화하는 광학소자 및 그것을 가진 주사광학계에 관한 것이다. 본 발명은 광학수단으로부터 사출한 광속을 광편향기(편향수단)으로 편향시키고, f-θ 특성을 가지고, 또한 미세구조격자를 형성한 광학소자를 포함하는 주사광학수단을 개재해서 피주사면상을 광주사해서 화상정보를 기록하도록 한, 예를 들면 전자사진프로세스를 가진 레이저빔프린터 또는 디지틀복사기기와 같은 화상형성장치에 적합한 것이다.

종래의 레이저빔프린터(LBP)와 같은 주사광학계에 있어서는 화상신호에 따라서 광변조된 광원수단으로부터 출사된 광속을, 예를 들면 폴리곤미러로 이루어진 광편향기에 의해 주기적으로 편향시키고, f-θ특성을 가진 결상광학계에 의해 감광성의 기록매체면상에 스폿형상으로 집속시켜서 화상기록을 행하고 있다.

도 13은 종래의 주사광학계의 주주사방향의 단면도(주주사단면도)이다.

도 13에 있어서, 광원수단(91)은 예를 들면 반도체레이저 등으로 형성된다. 콜리메이터렌즈(92)는 광원수단(91)으로부터 사출된 발산광속을 대략 평행광속으로변환하고 있다. 개구조리개(93)는 통과광속을 제한해서 빔의 형상을 정형하고 있다. 원주형상렌즈(94)는 부주사방향으로만 소정의 파워를 가지고 있고, 개구조리개(93)를 통과한 광속을 부주사단면 내에서(후술하는)광편향기(95)의 편향면(반사면)(95a)에 대략 선형상의 상으로 결상시키고 있다. 광편향수단으로써의 광편향기(95)는 예를 들면 4면구성의 폴리곤미러(회전하는 단면경)로 이루어져 있고, 광편향기(95)는 도 13의 화살표 A로 표시된 방향으로 일정속도로 모터와 같은 구동수단(도시되지 않음)에 의해 회전된다.

주사렌즈계(96)는 집광기능과 f-θ특성을 가진 주사광학계로써의 작용을 하고, 제 1 및 제 2주사렌즈(96a) 및 (96b)로 이루어진다. 광편향기(95)에 의해 반사/편향된 화상정보에 의거한 광속을 피주사면으로써의 감광드럼면(97)상에 결상시키고, 또한 부주사면내에 있어서 광편향기(95)의 편향면(95a)과 감광드럼면(97)과의 사이를 공액관계(conjugate relation)로 하는 광학면 탱글(tangle)보정기능을 가지고 있다.

도 13에 있어서, 반도체레이저(91)로부터 출사한 발산광속은 콜리메이터렌즈에 의해 대략 평행광속으로 변환되고, 개구조리개(93)에 의해 해당광속(광량)이 제한되고, 원주형상의 렌즈(94)에 입사하고 있다. 원주형상의 렌즈(94)에 입사한 대략 평행한 광속중 주주사단면내의 광은 그대로의 상태에서 출사한다. 또 부주사단면내의 광은 수속해서 광편향기(95)의 편향면(95)에(주사방향으로 연장된) 대략 선형상의 상으로써 결상하고 있다. 광편향기(95)의 편향면(95a)에 의해 반사/편향된 광속은 제 1 및 제 2주사렌즈(96a)(96b)를 개재해서 감광드럼면(97)상에 스폿형상으로 결상되고, 상기 광편향기(95)를 화살표 A방향으로 회전시키는 것에 의해 상기 감광드럼면(97)상을 화살표 B방향(주주사방향)으로 등속도로 광주사하고 있다. 이에 의해 광기록매체로써의 감광드럼면(97)상에 화상기록을 형하고 있다.

그러나, 상기 주사광학계는 다음과 같은 문제점을 가진다.

최근, 주사광하계(주사렌즈계)의 주사광학수단은 일반적으로 비구면형상을 용이하게 형성할 수 있고 제조하기에 용이한 플라스틱재로 이루어진다. 그러나 플라스틱렌즈의 렌즈면상에 반사방지코팅을 하는 것은 기술적, 코스트적인 면에서 곤란하고, 그 결과 각 광학면상에 프레넬(Fresnel)반사가 일어난다.

도 14는 예를 들면 굴절률 n=1,524의 수지광학부재에 P편광의 광속을 입사시켰을 때의 반사율 및 투과율의 각도의존성을 나타낸 설명도이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 각 광학면에서의 면반사는 입사각의 증가와 함께 증가한다. 따라서, 제 1의 문제점은 반사방지 코팅을 생략한 렌즈면에서 발생하는 표면반사광이 다른 광학면에서 반사하여 최종적으로 피주사면에 도달해서 고스트로 된다. 2매의 주사렌즈 중 광편향기에 더 가까운 렌즈가 오목렌즈면을 갖고, 거기에 입사한 광속이 대략 수직이면, 이 렌즈면에서의 프레넬반사광은 광편향기로 되돌아가고, 광편향기의 편향면(반사면)에 의해 반사되고, 이 반사광은 주사광학수단을 통과하여 피주사면에 도달해서 고스트로 된다.

제 2의 문제점은 주사광학수단에 입사하는 광속이 일반적으로 축상의 위치(주사중심)로부터 축외의 위치(주사주변)로 향하여, 입사각이 변화하기 때문에, 각광학면의 프레넬반사도 크게 변화하고, 그 결과 축상과 축외의 광량에 차가 발생한다.

도 15는 도 13의 주사광학수단에 P편광 광속을 입사할 때의 각면에서의 투과율을 나타내는 그래프이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 입사각도의 증가와 함께 반사율은 감소(투과율은 증가)하기 때문에, 전체계의 투과율은 축상으로부터 축외를 향해서 증가한다. 즉, 피주사면에서의 조도분포도 축상으로부터 축외를 향해서 증가한다.

도 15의 그래프에 따르면, 가장 축외의 위치에서의 광량은 축상의 위치에서보다 5% 크다. 그 결과, 화상형성장치로부터 출력된 화상은 중심부와 주변부의 사이에서 농도차를 가진다.

이 문제를 해결하기 위해 일본국 공개특허공보 2000-206445호에 기재된 바와 같이, 주사광학수단내에 위치한 회절격자의 회절효율을 조정하는 것으로 해결을 시도하고 있다. 더 구체적으로는 배율색수차보정이나 포커스보정을 목적으로 소망의 파워배분으로써 소망의 피치로 격자를 형성하고, 또한 회절격자면의 격자의 높이(깊이)를 적절히 설정하는 것에 의해 사용하는 회절광(1차회절광)의 회절효율을 축상의 위치와 축외의 위치에서 변화시켜서, 다른 굴절면에서 발생하는 투과율의 변화를 상쇄하고 있다.

그러나, 이 방법에서는, 사용하는 회절광의 회절효율이 감소하기 때문에(불필요한 회절광으로써도 지칭되는) 다른 차수의 회절광이 증가한다. 증가된 다른 차수의 회절광은 차광벽 등을 사용해서 광을 차단하지 않으면 피주사면에 도달해서플래어(flare)광으로 되어 화상의 열화를 야기한다.

본 발명의 목적은 광속의 입사각도가 변화함에 따라 발생하는 투과광량을 용이하게 조절할 수 있고, 예를 들면 전자사진프로세스를 가진 레이저 빔 프린터 또는 디지틀 복사기기 등의 화상형성장치에 적합한 광학소자 및 그것을 가진 주사광학계를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 코팅공정과 같은 어떠한 추가공정없이 플래어 또는 고스트를 야기하는 렌즈면에서의 프레넬반사를 감소시키고, 주사면에서의 광량분포를 균일하게 할 수 있는 광학소자 및 이 광학소자를 가진 주사광학계를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상면상의 넓은 영역에서 조도분포를 거의 균일하게 하는 광학소자 및 이 광학소자를 사용하는 광학계를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 적어도 하나의 광학면에 미세구조격자를 형성한 광학소자로써, 상기 미세구조격자는 중심부로부터 주변부에 걸쳐서 광속의 입사각도가 변화함으로써 발생하는 투과광량의 변화를 조정하는 구성에 의해 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 광학소자를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1실시예의 주주사방향의 단면도,

도 2는 본 발명의 제 1실시예에 있어서의 미세구조격자를 나타내는 도면,

도 3은 본 발명의 제 1실시예에 있어서의 격자피치와 입사각 사이의 관계를 나타내는 그래프.

도 4는 본 발명의 제 1실시예에 있어서의 투과율과 입사각 사이의 관계를 나타내는 그래프,

도 5는 본 발명의 제 1실시예에 있어서의 상고와 투과율 사이의 관계를 나타내는 그래프,

도 6은 본 발명의 제 2실시예의 주주사방향의 단면도,

도 7은 본 발명의 제 2실시예에 있어서의 격자와 투과율 사이의 관계를 나타내는 그래프.

도 8은 본 발명의 제 2실시예에 있어서의 상고와 투과율 사이의 관계를 나타내는 그래프.

도 9는 본 발명의 제 3실시예의 주주사방향의 단면도,

도 10은 본 발명의 제 3실시예에 있어서의 격자깊이와 투과율 사이의 관계를나타내는 그래프,

도 11은 본 발명의 제 3실시예에 있어서의 상고와 투과율 사이의 관계를 나타내는 그래프,

도 12는 본 발명에 따른 주사광학계를 사용하는 화상형성장치(전자사진 프린터)의 부주사방향의 단면도,

도 13은 종래의 주사광학계의 주주사방향의 단면도,

도 14는 P펀광의 반사율과 투과율의 입사각 의존성을 나타내는 그래프,

도 15는 종래의 주사광학계의 상고와 투과율 사이의 관계를 나타내는 그래프.

〈도면의 주요부분에 대한 설명〉

1: 광원수단(반도체레이저) 2: 콜리메이터렌즈

3: 개구조리개 4: 원주형상렌즈

5: 편향수단(광편향기) 5a: 편향면

6, 16, 26: 주사광학수단(주사렌즈계) 6a, 16a, 26a,: 제 1주사렌즈

6b, 16b, 26b: 제 2주사렌즈 7: 피주사면(감광드럼면)

8: 미세구조격자 9: 광로포울딩미러

100: 주사광학계 101: 감광드럼

102: 대전로울러 103: 광빔

104: 화상형성장치 107: 현상장치

108: 전사로울러 109: 용지카세트

110: 급지로울러 111: 프린터제어기

112: 전사재(용지) 113: 정착로울러

114: 가압로울러 115: 모터

116: 배지로울러 117: 외부기기

본 발명에 있어서는 상기 미세구조는 0차격자인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는 상기 광학면은 렌즈면, 회절면 또는 미러면이고, 평면 또는 곡면인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 상기 미세구조격자는 광학면이 형성되는 기판과 일체로형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 상기 투과광량의 변화를 조정하는 구성은 미세구조격자의 격자피치, 격자깊이 및 격자정수중 적어도 하나에 의거하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 상기 미세구조격자의 재료는 투명수지재 또는 글래스재인 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 광학소자 중 어느 하나로 이루어진 광학계를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 편향수단에 의해 광원수단으로부터 출사한 광을 편향시키고, 이 편향수단에 의해 편향된 광속을 주사광학수단에 의해 주사면으로 안내하고, 상기 주사면을 주사하는 주사광학계에 있어서, 상기 주사광학수단은 적어도 하나의 광학면에 미세구조격자를 형성한 광학소자를 가지고, 상기 미세구조격자는 축상의 위치로부터 축외의 위치를 향해서 상기 광학소자에 입사하는 광속의 입사각도가 변화하는 것에 의해 발생하는 투과광량의 변화를 조정하는 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 주사광학계를 제공하는 것이다.

본 발명에 있어서는, 상기 미세구조격자가 형성되는 면은 화각에 의한 입사각의 변화가 가장 큰 면인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 상기 미세구조격자가 형성된 광학면의 주사중심으로부터 주사주변을 향해서 변화하는 전체 투과광량의 변화의 방향이 상기 미세구조격자가 형성되지 않은 광학면의 주사중심으로부터 주사주변을 향해서 변화하는 전체 투과광량의 변화의 방향과 반대가 되도록 상기 미세구조격자가 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 상기 미세구조격자는 주사광학수단의 전체 광학면에 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 상기 미세구조격자는 0차격자인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 상기 미세구조격자가 형성된 면 이외의 각광학면은 굴절면 또는/및 반사면으로 형성되고, 상기 주사광학수단을 투과한 전체광량의 변화는 광속의 입사각이 굴절면상에서의 주사중심으로부터 주사주변을 향해서 변화할 때 발생하는 투과율 또는/및 광속의 입사각이 반사면상의 주사중심으로부터 주사주변을 향해 변화할 때 발생하는 반사율에 의거하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 주사각을 θ로 하고, 주사각 θ에 있어서의 상기 미세구조격자의 전체투과광량을 Id(θ)로 하고, 주사각 θ에 있어서의 상기 미세구조격자가 형성된 광학면 이외의 광학면의 전체 투과광량을 It(θ)로 하였을 때, 모든 주사각내에 있어서,

0.8<(Id(θ)×It(θ))/(Id(0)×(It(0))<1.2

를 만족하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 목적은, 광원수단으로부터 사출된 광속을 편향수단에 의해 편향하고, 이 편향수단에 의해 편향된 편향광속을 주사광학수단에 의해 주사면상에 도광하고, 이 주사면 상을 주사하는 주사광학계에 있어서,

상기 주사광학수단은 적어도 하나의 광학면에 상기 미세구조격자를 형성한 광학소자를 가지고, 또한 피주사면상의 소정의 상고에 달하는 광속이 이 미세구조격자를 통과하는 중심으로부터의 위치(y)에 있어서의 격자의 피치를 Py, 이 광원으로부터의 광속의 파장을 λ, 상기 위치(y)에서의 광속의 입사각을 θi, 상기 미세구조격자의 입사쪽의 매질의 굴절률을 Ni, 이 미세구조격자의 출사쪽의 매질의 굴절률을 Ns로 할 때,

Py<λ/(Ns+NiㆍSin θi)를 만족하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서는, 주사면에서의 주사중심과 주사주변사이의 광량의 차를 저감시키기 위하여, 소정의 상고에 달하는 광속이 상기 미세구조격자를 통과하는 위치에 있어서의 입사각도에 따라서 격자피치, 격자의 깊이, 그리고 격자정수의 적어도 하나가 상기 미세구조격자에 대해서 결정된다.

본 발명에 있어서는, 광속이 상기 미세구조격자에 입사할 때의 최대입사각을 θymax로 하였을 때 결정되는 격자피치로 Pymax로 하였을 때, P<Pymax로 되는 격자피치 P로 상기 미세구조격자를 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서는, 격자피치, 격자깊이, 및 격자정수 중 적어도 하나를 소정의 상고에 도달하는 광속이 미세구조격자를 통과하는 위치에서의 입사각에 따라서 미세구조격자의 주사중심과 주사주변에서 다르게 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 상기 미세구조격자가 형성되는 광학면은 화각에 의한 입사각에 있어서 변화가 가장 큰, 주사광학수단의 광학면 중의 한 면인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 미세구조격자가 형성된 광학면의 주사중심으로부터 주사주변으로 변화하는 전체 투과광량의 변화의 방향이 미세구조격자가 형성되지 않은 광학면의 주사중심으로부터 주사주변으로 변화하는 전체 투과광량의 변화의 방향과 반대인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 미세구조격자는 주사광학수단의 모든 광학면상에 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 미세구조격자가 구면, 비구면, 회전비대칭곡면, 또는 회절면인 광학면상에 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 미세구조격자는 광학평면상에 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 주사광학계 중 어느 하나로 이루어진 화상형성장치와, 상기 주사면상에 위치한 감광부재와, 상기 주사광학계에 의해 주사된 광속에 의해 상기 감광부재상에 형성된 정전잠상을 토너상으로써 현상하는 현상기와, 현상된 토너상을 전사재에 전사하는 전사기와, 전사된 토너상을 전사재에 정착시키는 정착기를 구비한 화상형성장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 주사광학계중 어느 하나와, 외부기기로부터 입력한 코드데이터를 화상신호로 변환해서 상기 주사광학계에 입력시키는 프린터제어기를 구비한 화상현성장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 있어서는, 미세구조격자에 입사되는 광속의 입사각을 θ로 설정하고, 미세구조격자면에서의 투과광량을 Is(θ)로 설정하였을 때,

0.9<Is(θ)/Is(0)<1.1

을 만족하는 것이 바람직하다.

(실시예 1)

본 발명에 따른 광학소자는 적어도 하나의 광학면에 형성된 미세구조격자를 가진 광학소자이다. 상기 미세구조격자는 중심부에서 주변부에 걸쳐서 광속의 입사각도가 변화하기 때문에 발생하는 투과광량의 변화를 조정하도록 구성되어 있다.

본 발명의 광학소자는 입사각도가 소자의 중심부로부터 주변부에 걸쳐서 변화하는 촬영계, 투영계, 화상형성계 등의 각종의 광학계에 적용가능하다.

본 발명의 광학소자가 적용되는 제 1실시예를 도 1∼도 5를 참조해서 이하 설명한다. 도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 주사광학계의 주주사방향에 있어서의 주요부의 단면도(주주사단면도)이다.

본 명세서에 있어서는, 편향수단에 의해 광속이 반사/편향(편향/주사)되는 방향을 주주사방향으로 정의하고, 주사광학수단의 광축 및 주주사방향에 수직인 방향을 부주사방향으로 정의한다.

도 1에 있어서, 광원수단(1)은 예를 들면 반도체레이저로 형성된다. 콜리메이터렌즈(2)는 광원수단(1)으로부터 출사한 발산광속을 대략 평행광속으로 변환한다. 개구조리개(3)는 통과 광속을 제한해서 빔형상으로 정형한다. 원주형상의 렌즈(4)는 부주사방향으로만 소정의 파워를 가지며, 개구조리개(3)를 통과한 광속을 대략 선형상의 상으로 부주사단면내에서 광편향기(5)(이후 설명함)의 편향면(반사면)(5a)에 결상시키고 있다.

광편향기(5)는 편향수단으로써 작용하고, 예를 들면 4면구성의 폴리곤미러(회전다면경)으로 구성되어 있다. 광편향기(5)는 도 1의 화살표A로 표시한 방향으로 정속도로 모터와 같은 구동수단(도시하지 않음)에 의해 회전된다.

주사렌즈계(6)는 집광기능과 f-θ특성을 가진 주사광학수단으로써의 작용을 하며, 플라스틱재로 이루어진 제 1 및 제 2주사렌즈(6a) 및 (6b)로 구성되어 있다.

주사렌즈계(6)는 광편향기(5)에 의해 반사/편향되는, 화상정보에 의거한 광속을 피주사면으로써의 감광드럼면상에 결상시키고, 광편향기(5)의 편향면(5a)과 감광드럼면(7) 사이를 부주사단면내에서 공액관계로 하는 광학면 탱글 에러 보정기능을 가진다.

또, 상기 광학소자(2), (3), (4)를 사용하지 않고 광원수단(1)으로부터의 광속을 직접 편향수단(5)에 입사시키도록 해도 된다.

본 실시예에 있어서의 제 1 및 제 2주사렌즈(6a) 및 (6b)의 각렌즈면은 도 1에 도시한 주주사단면내에서 곡면, 즉 구면 또는 비구면으로 되어있고, 또한 주주사단면과 수직인 부주사단면내에서 축상의 위치(주사중심)로부터 축외의 위치(주사주변)를 향해 곡률이 변화하는 공지의 특수비구면을 베이스형상으로 하고 있다. 본 실시예에 있어서, 투명수지 또는 글래스재(후술함)로 이루어진 미세구조격자(8)가 제 1주사렌즈(6a)의 입사면(6a1) 및 출사면(6a2)의 전체에 형성되어 있다.

본 실시예에 있어서, 반도체 레이저(1)로부터 출사한 발산 광속은 콜리메이터렌즈(2)에 의해 대략 평행 광속으로 변환되고 그후 개구조리개(3)에 의해 상기 광속(광량)이 제한되어 원주형상 렌즈(4)에 입사하고 있다. 원주형상 렌즈(4)에 입사한 대략 평행 광속중, 주주사 단면에 있어서의 광은 그대로의 상태로 사출한다. 또 부주사 단면내에 있어서의 광은 집광되어 광편향기(5)의 편향면(5a)에 (주주사 방향으로 연장된) 대략 선형상의 상으로서 결상하고 있다. 그리고 광편향기(5)의 편향면(5a)에서 반사/편향된 광속은 제 1, 제 2의 주사 렌즈(6a), (6b)를 개재해서 감광 드럼면(7)상에 스폿형상으로 결상되고, 상기 광편향기(5)를 화살표A방향으로 회전시키는 것에 의해, 상기 감광 드럼면(7)상을 화살표 B방향(주주사방향)으로 등속도로 광주사하고 있다. 이에 의해 기록매체로써의 감광드럼면(7) 상에 화상기록을 행하고 있다.

본 실시예에 있어서는, 광원으로써의 반도체레이저(1)는 주사렌즈계(6)에 대략 P편광된 광으로써 입사하도록 위치하고 있다. 즉, 반도체레이저(1)는 감광드럼면(7)에 대략 평행한 수평횡모드로 되도록 배치되어있다.

본 실시예에 있어서는, 상술한 바와같이, 주사광학수단(6)의, 제 1주사렌즈(6a)의 입사면(6a1) 및 출사면(6a2)과, 제 2주사렌즈(6b)의 입사면(6b1) 및 출사면(6b2)은 베이스형상으로써 특수 비구면형상을 가진다. 도 2에 도시한 미세구조격자(8)는 이들 각면에 전체적으로 형성된다. 이에의해 투과율을 임의로 제어할 수 있고, 피주사면(7) 상의 조도분포를 적절히 조정할 수 있다.

본 실시예에 있어서는, 피주사면(7) 상에 가장 큰 영향을 주는 주어진 하나의 광학면(가장 큰 입사각 의존성을 가진 면)에 미세구조격자(8)를 형성해도 된다. 또, 피주사면(7)의 조도분포를 균일하게 하기 위해 하나 또는 복수의 미세구조격자(8)를 형성해도 된다. 미세구조격자(8)는 구면, 비구면, 회전비대칭곡면, 회절면, 미러면 또는 평면상에 형성해도된다.

도 2에 도시한 바와같이, 미세구조격자(8)는 격자부(81)와 비격자부분(82)으2개의 부분이 1차원방향(주주사방향)으로 배열된 반복구조를 가진다. P를 격자부(81)와 비격자부(82)의 1주기분의 길이와 같은 격자피치로 하고, F를 격자정수로 하면, 배열방향의 격자부의 길이(L)는 L=F×P로 주어진다. 또 격자의 깊이를 D로한다. 또, 미세구조격자(8)는 광학면이 형성된 기판(글래스기판 또는 투명수지기판)과 일체로 형성해도 된다.

미세구조격자(8)로써는, 소위 0차격자의 조건을 만족하는 격자피치(P)가 선택된다. 미세구조격자(8)는 SWS(subwave structure)라 불리우고, 일반회절격자의 1/10∼1/100의 격자피치를 가지며, 회절효과를 갖지않는 0차광의 사용을 대상으로 하고있다.

0차격자는 주기상의 미세구조격자에 있어서 0차 이외의 회절광을 발생하지않는 격자이다(Optical Society of America Vol. 11, No. 10/October 1994/J. Opt. Soc. Am. A, p. 2965).

주기상의 미세구조격자에 있어서, 회절광은 일반적으로 다음의 회절조건식을 만족하는 회절각도로 발생된다.

P(Ns·sinθm-Ni·sinθi)=mλ ‥‥(1)

단, P는 격자피치, Ni는 입사쪽에서의 (미세구조 격자의 매체의)굴절률, θi는 입사각, θm은 m차 회절각, Ns는 광입사쪽에서의 (미세구조격자의 매체의)굴절률, m은 회절차수, λ는 사용파장이다.

조건식 (1)로부터 명백한 바와같이, 회절각은 θm≥θ₁(m=1)이다."Optical Sciety of America"에 따르면, +1차 회절광이 발생하지 않는 조건은, 수직입사시에는,

θ₊₁≥90° ‥‥(2)

로 되기 때문에,

P〈λ/CNs+Ni·sinθi) ‥‥(3)

는 0차격자의 조건이다.

가장 축외의 위치에서는, θ₊₁은 90°이상이 되고, 이와같이해서 격자피치P는 더욱 작은 피치Pa로 된다. 입사각이 0°이외일 때에는, 격자피치P는 더욱 작게할 필요가 있다.

본 실시예에 있어서는, Py를 감광드럼면(7)상의 소정의 상고(像高)에 도달하는 광속이 통과하는 미세구조격자(8)의 중심으로부터 위치(y)에서의 격자피치로 하고, λ를 광원수단(1)으로부터의 광속의 파장으로하고, θi를 위치(y)에서의 광속의 입사각으로하고, Ni를 입사쪽에서의 미세구조격자(8)의 매질의 굴절률로하고, Ns는 출사쪽에서의 미세구조격자(8)의 매질의 굴절률로 하면,

Py〈λ/(Ns+Ni·sinθi) ‥‥(4)

도 3은 (렌즈의 재료의) 굴절률 n=1.524이고, 사용파장λ=780㎚일때, 입사각(θi)가 변화할때 격자피치P가 어떻게 변화하는가를 나타내는 그래프이다. 이 그래프는 0차 격자의 조건을 만족하는 최대피치를 나타내고; 이 피치아래에서는 0차광 이외의 회절광은 발생하지 않는다. 상기 그래프로부터, 입사각θi가 0, 즉수직입사의 경우에는 미세구조의 격자의 격자피치P가 0.5㎛이면, 상기 격자는 0차 격자로써의 작용을 한다는 것은 명백하다. 그러나, 입사각θi가 45°이면, 미세구조격자의 격자피치P가 0.5㎛인경우 0차격자의 조건은 만족되지 않는다. 명백히, 입사각θi가 45°이면, 0차격자의 격자피치P는 0.35㎛보다 작을 필요가 있다.

본 실시예에 따른 주사광학계에 있어서는, 입사광속의 입사각θi는, 주사렌즈계(6)의 각 렌즈면, 즉 제 1주사렌즈(6a)의 입사면(6a1) 및 출사면(6a2)과, 제 2주사렌즈(6b)의 입사면(6b1) 및 출사면(6b2)상의 위치(y)에서 결정된다. 따라서, 0차격자의 피치를 만족하는 최대피치는 각 렌즈면상의 각 위치에서 결정될 수 있다.

더 구체적으로는, Pymax를 광속이 최대입사각 θymax로 미세구조격자(8)에 입사할 때 결정되는 격자피치라 하면,

P〈Pymax ‥‥(5)

로 되는 격자피치P로 미세구조격자(8)를 형성해도 된다.

따라서, 최대입사각 θymax=45°라면, Pymax0.35㎛이기 때문에, Pymax이하의 피치를 격자피치P로 설정해도된다.

상기 격자정수F에 대해 다음에 설명한다. 분자보다 충분히 큰, 광학적으로 등방인 물질원소가 광의 파장보다 작은 입자로써 규칙적으로 배열되면, 구조성복굴절효과가 나타나는 것이 공지되어있다. "광학의 원리iii", 일본국 동해대학출판회 P.1030에 따르면, 격자의 배열방향으로 직사각형 단면을 가진 소위 직사각형격자를 격자부(81), 배격자부(82) 및 평행평판의 집합체로써 모델화할 수 있다.

이 모델로부터 격자정수F와 격자부(81)와 비격자부(82)의 재질의 굴절률에 의해, 격자배열방향 및 격자배열에 수직인 방향의 2축에 대하여 다른 굴절률이 얻어지는 것이 명백하다. 따라서, 격자의 배열방향과 사용하는 레이저의 편광방향이 결정되면, 격자정수F를 결정할 수 있다.

본 실시예에 있어서는 격자배열방향이 광속이 평광방향과 일치, 즉 격자의 각 홈이 광속의 편광방향에 수직이 되도록 미세구조격자를 구성하는 것으로한다. 상기한 바와같이, 광속의 편광방향은 P편광(도 1의 지면에 평행한 방향)과 일치한다. 구조성복굴절의 영향을 받지않도록 하기 위하여, 격자배열방향은 광속의 편광방향과 평행 또는 수직이 되도록 해도된다.

본 실시예에 있어서는, 입사각에 관계없이 0차광의 P편광의 투과율의 변화를 감소시키기 위해 미세구조격자를 최적화한다. 그 결과, 사용파장λ=780㎚, 각 주사렌즈의 재료의 굴절률n=1.524로 함으로써, 미세구조격자의 형상은 격자피치P=0.3㎛, 격자정수F=0.65, 격자깊이D=0.16㎛로써 규정된다. 도 4는 이 격자형상으로 입사각도에 대한 P편광의 투과율특성을 나타낸다. 도 4에서, 미세구조격자에 입사되는 광속의 입사각을 θ로 설정하고, 미세구조격자표면에서의 투과광량을 Is(θ)로 설정하면,

Is(θ=0)=99.86%;

Is(θ=30)=99.99%;

Is(θ=45)=99.81%; 및

공식 0.9〈Is(θ)/Is(0)〈1.1

이 만족된다.

이 미세구조(8)를 각 광학면, 즉 제 1주사렌즈(6a)의 입사면(6a1) 및 출사면(6a2)과 제 2주사면(6b)의 입사면(6b1) 및 출사면(6b2)에 형성한다. 도 5는 이 구성에 있어서 각 광학면의 투과율과 전체계의 투과율을 나타낸다.

도 5에 도시한 바와같이, 주사렌즈(6)의 각 광학면에 형성된 미세구조격자(8)는, 축상의 위치(주사위치)로부터 축외위치(주사주면)를 향해서 입사각이 변화함에 따라 발생하는 투과광량의 변화를 크게 감소시킬 수 있다. 이것은 전체주사렌즈수단(6)에서의 전체 투과광량의 변화를 감소시키고, 피주사면(7)상의 조도분포를 거의 균일하게 하는것을 가능하게한다.

본 실시예에 있어서는, 각 광학면에서 발생하는 축상의 위치(주사중심)와 축외의 위치(주사주변)의 투과광량의 차가 작게 되도록, 소정의 상고에 달하는 광속이 미세구조격자(8)를 통과하는 위치에 있어서의 입사각도에 따라서, 격자피치, 격자의 깊이 및 격자정수가 결정된다. 이것은 피주사면(7)의 조도분포를 거의 균일하게 하고, 양호한 화상을 출력할 수 있는 주사광학계의 제공을 가능하게 한다.

격자피치, 격자깊이 및 격자정수중 적어도 하나의 요소가 결정되면, 목적은 거의 달성될 수 있다.

본 실시예에 있어서는, 제 1 및 제 2주사렌즈(6a) 및 (6b)의 각 렌즈면은 주주사단면내에서 구면 또는 비구면을 가지며, 또한 부주사단면내에서 축상위치로부터 축외위치로 곡률이 변화하는 공지의 특수비구면을 베이스형상으로써 가진다. 그러나, 본 발명은 이 형상에 한정되는 것은 아니고, 편향된 광속을 피주사면(7)상에 스폿형상으로 결상해서 등속도로 광주사하는 기능(f-θ특성)을 가진 소위 f-θ렌즈인 한 본 발명은 상기형상에 한정되는 것은 아니다.

본 실시예에 있어서, 광원수단(1)은 싱글-빔 레이저로 이루어져 있으나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를들면 복수의 발광부를 가진 모노칩멀티빔 또는 싱글빔레이저를 빔합성두단 등으로 광로를 합성한 합성멀티빔 광원이어도 된다.

본 실시예에 있어서는, 반도체레이저(1)는 광속이 주사렌즈수단(6)에 P편광돤 광으로써 입사하도록 위치되어 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예를들면 이러한 광속은 S-편광된 광으로써 입사해도 되고 또는 편광방향을 임의로 설정해도 된다. 또 미세구조격자(8)의 형상을 주사렌즈수단(6)에 입사하는 광속의 편광방향에 따라서 최적화해도 된다.

본 실시예에 있어서는, 직사각형의 단면을 1차원방향으로 배열함으로써 얻어지는 격자의 형상을 예시하였다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 삼각, 사다리형, 또는 파형등의 단면형상과 이들을 1차원방향은 물론 2차원방향으로 배열함으로써 상기 형상을 최적화해도 된다.

렌즈면에 미세구조격자를 형성하는 방법으로써는, 사출성형의 금형에 미세구조격자의 형상을 만들어 넣어 성형하는 기술이 있다.

본 실시예에 있어서는, 주사렌즈수단(6)은 2개의 렌즈로 이루어져 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를들면 상기 수단은 단일, 또는 3매이상의 렌즈로 형성해도 된다.

(제 2실시예)

본 발명은 본 발명의 제 2실시예의 주요부에 대한 주주사방향의 단면도 이다. 도 1과 동일한 참조부호는 도 6에서 동일한 것을 나타낸다.

본 실시예는 미세구조격자(8)가 주사광학수단(16)의 제 1렌즈(16a)의 입사면 (16a1)에만 형성된다는 점에서 제 1실시예와 다르다. 다른구성 및 광학효과는 제 1실시예와 동일하고, 이에의해 제 1실시예와 동일한 효과가 얻어진다.

도 6에 있어서 주사렌즈계(16)는 집광기능과 f-θ특성을 가진 주사광학수단으로써 작용한다. 주사광학수단(16)은 2개의 주사렌즈, 즉 플라스틱재료 이루어진 제 1및 제 2렌즈(16a) 및 (16b)로 구성되어 있다. 광편향기(5)에 의해 반사편향된 화상정보에 의거한 광속을 피주사면으로써의 감광드럼면(7)상에 결상시키고, 또한 부주사단면내에 있어서 광편향기(5)의 편향면(5a)과 감광드럼면(7)과의 사이를 공액관계로 하는 광학면 탱글보정기능을 가진다.

본 실시예에 있어서는, 제 1및 제 2주사렌즈(16a) 및 (16b)의 각 렌즈면은 도 6의 주주사단면내에서 곡면, 즉 구면 또는 비구면을 가지며, 또한 부주사단면내에서 곡률이 축상(주사중심)의 위치로부터 축외(주사주면)의 위치를 향해 변화하는 공지의 특수비구면을 베이스형상으로 가진다.

본 실시예에 있어서는, 상기한 바와같이 미세구조격자(8)는 주사광학수단(16)의 제 1렌즈(16a)의 입사면(16a1)에만 형성된다.

본 실시예에 있어서의 미세구조격자의 형상은 사용파장 λ=780㎚ 및 굴절률 n=1.524로써 다음과 같이 설정된다.

격자피치P는 제 1실시예와 같은 이유로 P=0.3㎛로 설정된다. 또, 제 1실시예에서와 같이, 격자깊이(D)는 D=0.16㎛로 설정된다.

격자정수F는 다음과 같이 설정된다. 도 7은 미세구조격자(8)의 격자정수(F)와 입사각빔 =0˚. 30˚, 45˚로 0차격자를 투과한 광량사이의 관계를 검사해서 얻어진 결과를 나타낸다. 이 결과에 따르면, 입사각 θi가 결정되면, 격자정수F를 적절히 설정해서 임의의 투과율을 얻을 수 있다.

본 실시예에 따른 주사광학계에 있어서는, 광속의 입사각 θi는 주사광학수단(16)의 제 1렌즈(16a)의 입사면(16a1)의 렌즈면상의 위치(y)에서 결정된다. 이 결과를 근거로 임의의 상고에 있어서의 주사광학수단(16)의 전체투과광량이 대략 일정하게 되도록 제 1렌즈(16a)의 입사면 (16a1)의 투과광량(투과율)을 결정하면 충분하다. 즉, 제 1렌즈(16a)의 입사면 (16a1) 상의 위치(y)에서 소망의 투과율이 설정되도록 입사각 θi에 대응해서 격자정수F를 최적화해도 된다.

환언하면,소정의 상고에 도달하는 광속이 미세구조격자(8)를 통과하는 위치에서의 입사각에 따라서 미세구조격자(8)상의 축상의 위치(주사중심)와 축외의 위치(주사주면)에서 격자정수F를 다르게 설정함으로써 투과율을 최적으로 설정할 수 있다.

도 8은 상기 절차에 따른 최적화에 의해서 얻어진 결과를 나타낸다. 또 , 도 8은 제 1렌즈(16a)의 입사면(16a1) 및 출사면(16a2)과 주사렌즈(16b)의 입사면(16a1) 및 출사면(16a2)을 포함하는 각 광학면의 투과율과 전체계의 투과율을 나타낸다.

도 8로부터 명백한 바와같이, θ를 임의의 상고에 대응하는 편향 광속의 주사각을 θ하고, 주사각θ로 주사광학수단(16)의 제 1렌즈(16a)의 입사면(16a1)상의 미세구조격자(8)를 투과한 광량을 Id(θ)로 하고, 미세구조격자(8)가 설치된 광학면이외의 각광학면, 즉, 제 1렌즈(16a)의 출사면(16a2)과 제 2렌즈(16b)의 입사면(16b1) 및 출사면(16b2)의 주사각 θ에 있어서의 전체투과광량을 IT(θ)로 하였을때, 주사각내에서 다음의 부등식이 만족된다.

0.8<(Id(θ)×It(θ)/(Id(0)×It(0))<1.2.......(6)

주사광학수단(16)의 미세구조격자(8)에서의 축상의 위치(주사중심)로 부터 축외의 위치(주사주변)를 향해서 입사각도가 변화함으로써 발생하는 투과광량의 변화와, 미세구조격자(8)가 형성된 광학면 이외의 각 광학면에서 축상의 위치로부터 축외의 위치를 향해 입사각도가 변화함으로써 발생하는 전체투과광략의 변화가 서로 상쇄되도록 설정함으로써, 피주사면(7)상의 조도분포를 대략 균일하게 유지할 수 있고, 이에 의해 양호한 화상출력이 가능한 주사광학계의 제공이 가능하다.

주가광학수단(16)을 투과한 전체의 투과광량에 있어서의 변화는 굴절면에서 주사중심으로부터 주사주변을 향해서 광속의 입사각도가 변화함으로써 발생하는 투과율에 의거한다.

상기한 바와같이, 본 실시예에 있어서는, 미세구조격자(8)의 반사 방지기능의 화각특성과 미세구조격자(8)가 형성된 광학면 이외의 각 광학면상의 축상의 위치로부터 축외의 위치로의 투과율에 의거한 화각특성을 상쇄하도록 함으로써, 피주사면(7)에서의 조도분포가 대략 균일하게 된다.

본 실시예에 있어서는, 미세구조격자(8)를 주사광학수단(16)의 제 1렌즈(16a)의 입사면(16a1)에 설정하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 미세구조격자는 후에 설명하는 실시예에서와 같이 다른 광학면에 설정해도 되고, 또는 복수의 광학면에 설정해도 된다.

(제 3실시예)

도 9는 본 발명의 제 3실시예의 주요부의 주주사방향의 단면도(주주사단면)이다. 도 1과 동일한 참조부호는 도 9와 동일한 부분을 나타낸다.

본 실시예가 제 1실시예와 다른점은 미세구조격자(8)가 주사광학수단(26)의 제 2렌즈(26a)의 입사면 (26a1)에만 형성되고, 광로포올딩(folding)미러(9)가 제 2렌즈(26b)와 피주사면(7)사이에 위치한다는 것이다. 다른 구성 및 광학효과는 제 1실시예와 동일하고, 이에의해 제 1실시예와 동일한 효과가 얻어진다.

도 9에 있어서 주사렌즈계(26)는 집광기능과 f-θ특성을 가진 주사광학수단으로써 작용한다. 주사광학수단(26)은 2개의 주사렌즈, 즉 플라스틱재료 이루어진 제 1및 제 2렌즈(26a) 및 (26b)로 구성된다. 주사렌즈수단(16)은 광편향기(5)에 의해 반사편향된 화상정보에 의거한 광속을 피주사면으로써의 감광드럼면(7)상에 결상시키고, 부주사단면내에 있어서 광편향기(5)와 감광드럼면(7)의 편향면(5a)을 공액관계로 하는 광학면 탱글에러보정기능을 가진다.

본 실시예에 있어서, 제 1및 제 2주사렌즈(26a) 및 (26b)의 각 렌즈면은 곡면, 즉 도 9의 주주사단면내에서 구면 또는 비구면을 가지고, 또한 부주사단면내에서 축상의 위치(주사중심)로부터 축외의 위치(주사주변)으로 곡률이 변화하는 공지의 특수비구면을 베이스형상으로 가진다.

본 실시예에 있어서는, 상기한 바와같이 미세구조격자(8)는 주사광학수단(26)의 제 1렌즈(26b)의 입사면(26b1)에만 형성된다.

격자피치(P)는 제 1실시예와 같은 이유로 P=0.3㎛로 설정된다. 또, 제 1실시예에서와 같이, 격자깊이정수 F는 F=0.65㎛로 설정된다.

격자깊이D는 다음과 같이 설정된다. 도 11은 미세구조격자(8)의 격자깊이(D)와 입사각θi =0˚. 30˚, 45˚로 0차격자를 투과한 광량사이의 관계를 검사해서 얻어진 결과를 나타낸다. 이 결과에 따르면, 입사각 θi가 결정되면, 격자깊이(D)를 적절히 설정함으로써 임의의 투과율을 얻을 수 있다.

본 실시예에 따른 주사광학계에 있어서는, 광속의 입사각 θi는 주사광학수단(26)의 제 2렌즈(26b)의 입사면(26b1)의 렌즈면상의 위치(y)에서 결정된다. 이에 의거해서 제 2렌즈(16b)의 입사면 (26b1)을 투과한 광량은 임의의 상고에 있어서의 주사광학수단을 투과한 전체광량이 거의 일정하게 되도록 결정하면 좋다. 즉, 제 2렌즈(26b)의 입사면 (26b1)에서의 위치(y)에서 소망의 투과율이 설정되도록 입사각 (θi)에 대응시켜서 격자깊이(D)를 최적화해도 된다.

즉,소정의 상고에 도달하는 광속이 미세구조격자(8)를 통과하는 위치에서의 입사각에 따라서 미세구조격자(8)상의 축상의 위치(주사중심)와 축외의 위치(주사주면)에서 격자깊이(D)를 다르게 설정함으로써 투과율을 최적으로 설정할 수 있다.

도 11은 상기 절차에 따른 최적화에 의해서 얻어진 결과를 나타낸다. 또 , 도 11은 제 1렌즈(26a)의 입사면(26a1) 및 출사면(16a2)과 주사렌즈(26b)의 입사면(26b1) 및 출사면(26b2)을 포함하는 각 광학면의 투과율, 광로folding 미러(9)의 광학표면의 반사율 및 전체계의 투과율을 나타낸다.

도 11로부터 명백한 바와같이, 임의의 상고에 대응하는 편향 광속의 주사각을 θ하고, 주사각θ로 주사광학수단(26)의 제 2렌즈(26b)의 입사면(26b1)상의 미세구조격자(8)를 투과한 광량을 그 Id(θ)로 하고, 미세구조격자(8)가 설치된 광학면이외의 각 광학면, 즉, 제 1렌즈(26a)의 입사면(26a1) 및 출사면(26a2)과 제 2렌즈(26b)의 출사면(26b2)의 투과율과, 광로포올딩미러(9)의 반사면의 반사율로부터 산출되는 주사각θ에 있어서의 전체투과광량을 It(θ)로 하였을때, 주사각내에서 다음의 부등식이 만족한다.

0.8<(Id(θ)×It(θ)/(Id(0)×It(0))<1.2.......(6)

이상과 같이 주사광학수단(26)의 미세구조격자(8)에서의 축상의 위치(주사중심)로부터 축외의 위치(주사주변)를 향해서 입사각이 변화하기 때문에 발생하는 투과광량의 변화와, 미세구조격자(8)가 형성된 광학면 이외의 각 광학면에서 축상의 위치로부터 축외의 위치를 향해 입사각이 변화하기 때문에 발생하는 전체투과광량의 변화가 서로 상쇄되도록 설정함으로써, 피주사면(7)상의 조도분포를 대략 균일하게 유지할 수 있고, 이에 의해 양호한 화상출력이 가능한 주사광학계의 제공 할 수 있다.

상기 주사광학수단(26)에 있어서는 주사광학수단(26)을 투과한 전체의 투과광속량의 변화는, 광속의 입사각이 굴절면의 주사중심으로부터 주사주변으로 변화하기 때문에, 발생하는 투과율의 변화와, 반사면의 주사중심으로부터 주사주변으로의 광속의 입사각의 변화에 의해 야기되는 반사율의 변화로부터 발생한다.

또, 본 실시예에서는, 미세구조격자(8)는 주사광학수단(26)의 제 2렌즈(26b)의 입사면(26b1)상에 설정되지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 미세구조격자는, 평면의 회절 또는 반사면을 가진 광로 포올딩미러의 광학면에 설정해도 되며, 또는 복수의 광학면에 설정해도 된다.

제 2및 제 3실시예에 있어서, 소정의 상고에 도달하는 광속이 미세구조격자(8)를 통과하는 위치에서의 입사각에 대응해서 미세구조격자(8)상의 축상의 위치(주사중심)과 축외의 위치(주사주면)에서의 격자정수(F) 또는 격자깊이(D)를 다르게 설정함으로써, 투과율을 최적화한다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를들면 격자피치(P), 격자깊이(D), 및 격자정수(F)를 모두 다르게 설정해도 된다.

(화상형성장치)

도 12는 상기한 제 1, 제 2 또는 제 3실시예에 따른 주사광학계를사용하는 화상형성장치(전자사진프린터)의 부주사단면내에 있어서의 주요부의 단면도이다. 도 12에 있어서, 화상형성장치(104)는 퍼스널컴퓨터와 같은 외부기기(117)로부터 코드데이터를 입력한다. 이 코드데이터(Dc)는 장치내의 프린터제어기(111)에 의해 화상데이터(도트데이터)(Di)로 변환되고, 이 화상데이터(Di)는 제 1, 제 2 및제 3실시예에 의해 예시된 구성을 가진 광학주사유닛(100)에 입력된다. 화상데이터에 응해서 변조된 광속(103)은 광학주사유닛(주사광학계)(100)로부터 출사하고, 감광드럼(101)의 감광면은 이 광속(103)에 의해 주주사방향으로 주사된다.

정전잠상담지체로써의 감광드럼(101)은 모터(115)에 의해 시계방향으로 회전하고, 이 회전에 의해, 감광드럼(101)의 감광면은 주주사방향에 수직인 부주사방향으로 이동한다. 감광드럼(101)의 표면의 상부에는 대전로울러(102)가 감광드럼(101)의 표면이 균일하게 대전되도록 표면과 접촉하도록 위치한다. 대전로울러(102)에 의해 대전된 감광드럼(101)의 표면은 광학주사유닛(100)에 의해 주사되는 광속(103)으로 조사된다.

상기한 바와같이, 광속(103)은 화상데이터(Di)에 의거해서 변조되고, 상기 광속(103)으로 감광드럼(101)의 표면을 조사함으로써, 정전잠상이 표면에 형성된다. 감광드럼(101)의 회전단면내의 광속(103)의 조사위치로부터 하류쪽에 상기 감광드럼(101)과 접촉하도록 위치한 현상기(107)에 의해 상기 정전잠상이 토너상으로 현상된다.

현상기(107)에 의해 현상된 토너잠상은 전사롤러(전사기)(108)에 의해 전사부재인 용지(112)에 전사된다. 용지(112)는 감광드럼(101)앞의 (도 12에서의 우측)용지카세트(109)에 저장된다. 그러나, 용지는 수동으로도 공급할 수 있다. 급지롤러(110)는 용지카세트(109)의 단부에 위치해서 용지카세트(109)로부터 반송로로 용지(112)를 공급한다.

상기한 방법으로 미정착토너상이 전사된 용지(112)는 감광드럼(101)의 후방(도 12에 있어서의 좌측)의 정착기로 반송된다. 정착기는 내부에 정착히터(도시하지 않음)를 가진 정착로울러(113)와 이 정착로울러(113)에 압접하도록 배설된 가압로울러(114)로 구성되어 있고, 전사부로부터 반송되어온 용지(112)를 정착로울러(113)와 가압로울러(114)의 압접부로 가압하면서 가열하는 것에 의해 용지(112)상의 미정착토너상을 정착시킨다. 또, 정착로울러(113)의 후방에는 배지(排紙)로울러(116)가 배설되어 있고 이 배지로울러(116)를 이용하여 화상정착된 용지(112)를 화상형성장치의 밖으로 배출시킨다.

도 12에 있어서는, 도시하지 않고 있으나, 프린터제어기(111)는 앞서 설명한 데이터의 변환뿐아니라 모터(115)를 포함하는 화상형성장치내의 각부와, 광주사유닛(100)내의 폴리곤모터등의 제어를 행한다.

본 발명에 따르면, 상기한 바와같이 중심으로부터 주변에 걸쳐서 광속의 입사각이 변화하는 것에 의해 발생하는 투과광량의 변화를 조정하는 구성으로 이루어진 미세구조격자를 형성한 광학소자를 주사광학계에 적용하는 것에 의해 광속의 입사각이 변화함으로써 발생하는 투과광량을 용이하게 조절할 수 있는 광학소자 및 그것을 가진 주사광학계를 달성 할 수 있다.

또, 본 발명에 따르면, 코팅 등의 공정을 증가시키지 않고, 플래어나 고스트에 의거한 렌즈면에서의 프레넬반사를 저감시키고, 피주사면상의 광량분포의 균일화를 도모할 수 있는 광학소자 및 그것을 가진 광학계를 달성 할 수 있다.

또, 본 발명에 의하면, 상술한 바와같이, 상면상의 넓은 영역에서의 조도분포를 균일하게할 수 있는 광학소자 및 그것을 이용한 광학계를 달성 할 수 있다.

Claims

적어도 하나의 광학면에 미세구조격자를 형성한 광학소자에 있어서,

상기 미세구조격자는 중심으로부터 주변에 걸쳐서 광속의 입사각이 변화함으로써 발생하는 투과광량의 변화를 조정하는 구성으로 이루어진 것을 특징으로하는 광학소자.
제 1항에 있어서, 상기 미세구조격자는 0차격자인 것을 특징으로하는 광학소자.
제 1항에 있어서, 상기 광학소자는 렌즈면, 회절면, 또는 미러면이고, 평면 또는 곡면인 것을 특징으로하는 광학소자.
제 1항에 있어서, 상기 미세구조격자는 광학면이 형성된 기판과 일체로 형성된 것을 특징으로하는 광학소자.
제 1항에 있어서, 상기 투과광량의 변화를 조정하는 구성은, 상기 미세구조격자의 격자피치, 격자깊이, 그리고 격자정수중 적어도 하나인 것을 특징으로하는 광학소자.
제 1항에 있어서, 상기 미세구조격자의 재질은 투명수지재 또는 글래스재로 이루어진것을 특징으로하는 광학소자.
제 1항∼제 6항중 어느한 항에 기개된 상기 광학소자로 이루어진 광학계.
광원수단으로부터 사출된 광속을 편향수단에 의해 편향하고, 상기 편향수단에 의해 편향된 광속을 상기 주사광학수단에 의해 주사면상에 도광하고, 상기 주사면상을 주사하는 주사광학계에 있어서,

상기 주사광학수단은 적어도 하나의 광학면에 미세구조격자를 형성한 광학소자를 가지고, 상기 미세구조격자의 축상의 위치로부터 축외의 위치를 향해서 상기 광학소자에 입사하는 광속의 입사각도가 변화함으로써 발생하는 투과광량의 변화를 조정하는 구성으로 이루어져 있는 것을 특징으로하는 주사광학계.
제 8항에 있어서, 상기 미세구조격자는, 이 미세구조격자를 형성한 광학면은 주사광학수단의 광학면중, 화각에 의한 입사각도의 변화가 가장 큰 면인 것을 특징으로하는 주사광학계.
제 8항에 있어서, 상기 미세구조격자는, 이 미세구조격자가 형성된 광학면의 주사중심으로부터 주사주변으로 변화하는 전체 투과광량의변화의 방향은, 상기 미세구조격자가 형성되지 않은 광학면의 주사중심으로부터 주사주변으로 변화하는 전체 투과광량의 변화의 방향과 반대인 것을 특징으로하는 주사광학계.
제 8항에 있어서, 상기 미세구조격자는 상기 주사광학수단의 전체광학면에 형성되는 것을 특징으로하는 주사광학계.
제 8항에 있어서, 상기 미세구조격자는 0차격자인 것을 특징으로하는 주사광학계.
제 8항에 있어서, 상기 미세구조격자가 형성된 면 이외의 각 광학면은 굴절면 또는/및 반사면으로 구성되어 있고, 상기 주사광학수단을 투과한 전체 투과광속량의 변화는, 굴절면의 주사중심으로부터 주사주변으로 광속의 입사각이 변화할 때 발생하는 투과율 또는/ 및 광속의 입사각이 반사면의 주사중심으로부터 주사주변으로 변화할때 발생하는 반사율에 의거하는 것을 특징으로하는 주사광학계.
제 8항에 있어서, θ를 주사각으로하고, Id(θ)를 주사각θ로 상기 미세구조격자를 투과한 전체투과광량으로하고, It(θ)를 상기 미세구조격자가 형성된 광학면 이외의 광학면을 개재해서 주사각(θ)로 투과된 전체투과광량이라하면,

0.8〈(Id(θ)×It(θ))/(Id(0)×It(0))〈1.2

를 모든 주사각내에서 만족하는 것을 특징으로하는 주사광학계.
광학수단으로부터 사출된 광속을 편향수단에 의해 편향하고, 이 편향수단에 의해 편향된 광속을 주사광학수단에 의해 주사면에 도광하고, 상기 주사면을 주사하는 주사광학계에 있어서,

상기 주사광학수단은 적어도 하나의 광학면에 미세구조격자를 형성한 광학소자를 가지고, 또한 주사면상의 소정의 상고에 도달하는 광속이 상기 미세구조격자를 통과하는 중심으로부터 위치(y)에 있어서의 격자의 피치를 Py, 상기 광원수단으로부터의 광속의 파장을 λ, 상기 위치(y)에서의 광속의 입사각을 θi, 상기 미세구조격자의 입사쪽의 매질의 굴절률을 Ni, 상기 미세구조격자의 출사쪽의 매질의 굴절률을 Ns로 할때

Py〈 λ/(Ns+Ni·sinθ1)

을 만족하는 것을 특징으로하는 주사광학계.
제 15항에 있어서, 주사면의 주사중심과 주사주변사이의 광량의 차를 감소시키기 위하여, 소정의 상고에 도달하는 광속이 상기 미세구조격자를 통과하는 위치에서의 입사각에 대응해서 상기 미세구조격자에 대하여 격자정수가 결정되는 것을 특징으로하는 주사광학계.
제 15항에 있어서, 광속이 상기 미세구조격자에 입사할 때의 최대입사각도를 θymax로 설정하였을 때에 설정하는 격자피치를 Pymax로 할때,

P〈Pymax

로 되는 격자피치P로 상기 미세구조격자를 구성하는 것을 특징으로하는 주사광학계.
제 15항에 있어서, 소정의 상고에 도달하는 광속이 상기 미세구조격자를 통과하는 위치에 있어서의 입사각도에 대응해서 상기 미세구조격자의 주사중심과 주사주변에서 격자피치, 격자깊이 및 격자정수의 적어도 하나를 다르게한 것을 특징으로하는 주사광학계.
제 15항에 있어서, 상기 미세구조격자가 형성된 광학면은, 화각에 의한 입사각의 변화가 가장 큰, 상기 주사광학수단의 광학면의 면인것을 특징으로하는 주사광학계.
제 15항에 있어서, 상기 미세구조격자는 상기 미세구조격자가 형성된 광학면의 주사중심으로부터 주사주변으로 변화하는 전체 투과광량의 변화의 방향이 상기 미세구조격자가 형성되지 않은 광학면의 주사중심으로부터 주사주변으로 변화하는 전체 투과광량의 변화의 방향과 반대인 것을 특징으로하는 주사광학계.
제 15항에 있어서, 상기 미세구조격자는 상기 주사광학수단의 전체 광학면에 형성되는 것을 특징으로하는 주사광학계.
제 15항에 있어서, 상기 미세구조격자는 구면, 비구면, 회전 비대칭곡면, 또는 회절면인 광학면상에 형성되는 것을 특징으로하는 주사광학계.
제 15항에 있어서, 상기 미세구조격자는 평면상의 광학면상에 형성되는 것을 특징으로하는 주사광학계.
제 15항에 있어서, 상기 미세구조격자의 재료는 투명수지 또는 글래스재인 것을 특징으로하는 주사광학계.
제 8항∼제 24항중 어느 한 항에 따른 상기 주사광학계와, 상기 주사면상에 위치한 감광부재와, 상기 주사광학계로 주사된 광속에 의해 상기 감광부재상에 형성된 정전잠상을 토너상으로써 현상하는 현상기와, 현상된 토너상을 전사재에 전사하는 전사기와, 전사된 토너상을 전사재에 정착시키는 정착기를 가진것을 특징으로하는 화상형성장치.
제 8항∼제 24항중 어느 한항에 기재된 상기 주사광학계와, 외부기기로부터 입력된 코드데이터를 화상신호로 변환하여 상기 주사광학계에 입력시키는 프린트제어기를 구비한 것을 특징으로하는 화상형성장치.
제 1항에 있어서, 상기 미세구조격자에 입사하는 광속의 입사각을 θ로 설정하고, 상기 미세구조격자면에서의 투과광량을 Is(θ)로 설정하면,

0.9〈Is(θ)/Is(0)〈1.1

을 만족하는 것을 특징으로하는 광학소자.
제 8항에 있어서, 상기 미세구조격자에 입사하는 광속의 입사각을 θ로 설정하고, 상기 미세구조격자면에서의 투과광량을 Is(θ)로 설정하면,

0.9〈Is(θ)/Is(0)〈1.1

을 만족하는 것을 특징으로하는 주사광학계.
제 15항에 있어서, 상기 미세구조격자에 입사하는 광속의 입사각을 θ로 설정하고, 상기 미세구조격자면에서의 투과광량을 Is(θ)로 설정할때,

0.9〈Is(θ)/Is(0)〈1.1

을 만족하는 것을 특징으로하는 주사광학계.