KR20080103801A

KR20080103801A - 광주사유닛 및 이를 채용한 전자사진방식 화상형성장치

Info

Publication number: KR20080103801A
Application number: KR1020070050999A
Authority: KR
Inventors: 구종욱
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-05-25
Filing date: 2007-05-25
Publication date: 2008-11-28
Also published as: EP1995623A2; US7750933B2; EP1995623A3; CN101311771A; US20100232835A1; US20080292358A1

Abstract

개시된 광주사유닛은, 광원으로부터 조사되는 광을 평행광으로 변환하는 제1광학소자, 편향기에 집광시키는 제2광학소자, 편향기에 의하여 편향된 광을 피노광체에 결상시키는 결상광학소자를 구비하는 광주사유닛으로서, 제1광학소자는 굴절부와 회절부를 구비하며, 굴절부의 굴절력을 Φr, 회절부의 굴절력을 Φd라 할 때에, 0.5<Φr/Φd<1.3 를 만족하는 것을 특징으로 한다.

Description

광주사유닛 및 이를 채용한 전자사진방식 화상형성장치{Light scanning unit and Electrophotograpohic image forming apparatus using the same}

도 1은 본 발명에 따른 전자사진방식 화상형성장치의 일 실시예의 구성도.

도 2는 도 1에 도시된 화상형성장치에 채용된 광주사유닛의 일 실시예의 광학적 배치를 보인 개략적인 사시도.

도 3은 도 2에 도시된 광주사유닛의 일 실시예의 부주사방향에 대한 광경로를 개략적인 도면.

도 4는 도 2에 도시된 광주사유닛의 일 실시예의 주주사방향에 대한 광경로를 개략적인 도면.

도 5는 제1광학소자를 설치하기 위한 구조의 예를 도시한 분해사시도.

도 6은 제1광학소자의 일 실시예를 도시한 측면도.

도 7은 표 1에 개시된 실시예에 의한 피노광체면에서의 초점심도를 도시한 그래프.

도 8은 제1광학소자의 초점거리(f1)와, 핀트오차를 보상할 수 있는 굴절력의 비(Φr/Φd)를 나타낸 그래프.

도 9는 제1광학소자의 초점거리(f1)별로 핀트오차와 f1×Φr× A₂/A₁와의 관 계를 도시한 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10...광원 21...제1광학소자

211......굴절부 212......회절부

23...제2광학소자 29...동기검출센서

30...편향기 34...반사면

35...폴리곤 미러 41...결상광학소자

110......감광드럼 120......대전롤러

130......광주사유닛 140......현상유닛

150......전사롤러 160......정착유닛

본 발명은 광주사유닛 및 이를 채용한 전자사진방식 화상형성장치에 관한 것으로서, 광원으로부터 조사되는 광을 편향시켜 피노광체에 주사하는 광주사유닛 및 이를 채용한 전자사진방식 화상형성장치에 관한 것이다.

전자사진 화상형성장치는 화상정보에 대응되어 변조된 광을 폴리곤 미러 등의 편향기를 이용하여 주주사방향으로 편향시킨 후에 감광체(피노광체)에 조사하는 광주사유닛을 구비한다. 광주사유닛은 광원으로부터 조사된 광을 피노광체에 스폿(spot) 형태로 결상시키기 위하여 콜리메이팅렌즈, 실린더리컬렌즈, fθ렌즈 등 의 광학소자를 구비한다. 상술한 광학소자들의 굴절률은 온도에 따라서 변하는데, 굴절률의 변화는 광원에서 조사된 광이 피노광체에 정확하게 결상되지 않는 핀트오차를 유발한다. 또, 광원에서 조사되는 광의 파장도 온도에 따라서 변하게 된다. 광의 파장이 달라지면 굴절특성이 달라진다. 따라서, 광의 파장변화에 의하여도 핀트오차가 유발된다. 핀트오차가 생기면, 피노광체에 결상되는 광의 스폿 크기가 변하여, 인쇄화상의 품질이 저하된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 온도변화에 따른 핀트오차를 보상할 수 있는 광주사유닛 및 이를 채용한 전자사진방식 화상형성장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광주사유닛은, 광원과, 상기 광원으로부터 조사되는 광을 평행광으로 변환하는 제1광학소자, 편향기에 집광시키는 제2광학소자, 상기 편향기에 의하여 편향된 광을 피노광체에 결상시키는 결상광학소자를 구비하는 광주사유닛에 있어서, 상기 제1광학소자는 굴절부와 회절부를 구비하며, 상기 굴절부의 굴절력을 Φr, 상기 회절부의 굴절력을 Φd라 할 때에, 0.5<Φr/Φd<1.3 를 만족하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예로서, 상기 광주사유닛은, 상기 제1광학소자를 지지하는 지지부;를 더 구비하며, 상기 제1광학소자의 초점거리를 f1, 상기 제1광학소자의 열팽창계수 를 A₁, 상기 지지부의 열팽창계수를 A₂, 결상광학소자의 초점거리를 f2라 하면, (1-(f1/f2))×0.18 < f1×Φr×A₂/A₁ < (1+(f1/f2))×0.25 를 만족한다.

일 실시예로서, 0.6<Φr/Φd<0.9으로 할 수 있다.

일 실시예로서, 상기 제1광학소자는 플라스틱 사출성형에 의하여 제조된다.

일 실시예로서, 상기 제1광학소자의 온도에 따른 굴절율의 변화(dn/dT)는 0.00007 < dn/dT < 0.00012 인 것이 바람직하다.

일 실시예로서, 상기 플라스틱의 열팽창계수 A₁은 0.0001 보다 작은 것이 바람직하다.

일 실시예로서, 상기 광원의 온도변화에 따른 파장의 변화를 dλ/dT라 할 때, dλ/dT < 0.3 인 것이 바람직하다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전자사진방식 화상형성장치는, 감광체; 상술한 광주사유닛; 및 상기 감광체에 형성된 정전잠상에 토너를 공급하여 현상시키는 현상유닛;을 포함한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전자사진방식 화상형성장치의 일 실시예를 도시한 구성도이다. 도 1을 보면, 감광드럼(110), 대전롤러(120), 광주사유닛(130), 현상유닛(140), 전사롤러(150), 정착유닛(160)이 도시되어 있다.

감광드럼(110)은 감광체의 일 예로서, 원통형 금속 파이프의 외주면에 소정 두께의 감광층이 형성된 것이다. 도면으로 도시되지는 않았지만, 감광체로서 벨트 형태의 감광벨트가 채용될 수도 있다. 대전롤러(120)는 감광드럼(110)에 접촉되어 회전되면서 그 표면을 균일한 전위로 대전시키는 대전기의 일 예이다. 대전롤러(120)에는 대전바이어스가 인가된다. 대전롤러(120) 대신에 코로나 대전기(미도시)가 사용될 수도 있다. 광주사유닛(130)은 균일한 전위를 가지도록 대전된 감광드럼(110)에 화상정보에 따라 변조된 광을 주사하여 정전잠상을 형성한다.

현상유닛(140)은 감광드럼(110)과 대면되어 회전되는 현상롤러(141)를 포함한다. 현상롤러(141)에는 현상바이어스가 인가된다. 토너수용부(142)에 수용된 토너는 현상롤러(141)의 표면에 부착되어 감광드럼(110)과 현상롤러(141)가 대면된 현상닙으로 이동되며, 현상바이어스에 의하여 감광드럼(110)에 형성된 정전잠상에 부착된다. 규제수단(143)은 현상롤러(141)의 표면에 부착되는 토너의 양을 규제한다. 공급롤러(144)와 교반기(145)는 토너수용부(142)에 수용된 토너를 현상롤러(141)로 공급한다. 공급롤러(144)에는 토너를 현상롤러(141)로 부착시키기 위하여 공급바이어스가 인가될 수 있다. 본 실시예의 화상형성장치는 비접촉 현상방식을 채용한다. 현상롤러(141)의 표면이 감광드럼(110)의 표면으로부터 현상갭(Dg)만큼 이격된다. 도면으로 도시되지는 않았지만, 현상롤러(141)는 감광드럼(110)의 표면에 접촉되는 접촉 현상방식이 채용될 수도 있다. 이 경우에, 현상롤러(141)의 적어도 최외주는 탄성체인 것이 바람직하다.

전사롤러(150)는 감광드럼(110)과 대면되게 위치되어 전사닙을 형성하는 전사기의 일 예이다. 전사롤러(150)에는 감광드럼(110)에 부착된 토너화상을 기록매 체(P)로 전사시키기 위한 전사바이어스가 인가된다. 전사롤러(150)대신에 코로나 전사기가 사용될 수도 있다.

상술한 구성에 의한 화상형성과정을 간략히 설명한다. 대전롤러(120)에 대전바이어스가 인가되고, 감광드럼(110)은 균일한 전위로 대전된다. 광주사유닛(130)은 화상정보에 대응되어 변조된 광을 감광드럼(110)으로 주사하여, 감광드럼(110)의 외주에 정전잠상이 형성시킨다. 토너수용부(142)에 수용된 토너는 교반기(145)와 공급롤러(144)에 의하여 현상롤러(141)의 표면에 부착된다. 규제수단(143)은 현상롤러(141)의 표면에 균일한 토너층을 형성시킨다. 현상롤러(141)에는 현상바이어스가 인가된다. 현상바이어스에 의하여 현상롤러(141)에 부착된 토너는 현상갭(Dg)을 가로질러 정전잠상에 부착된다. 감광드럼(110)에는 토너화상이 형성된다. 픽업롤러(1)에 의하여 적재수단(4)으로부터 인출된 기록매체(P)는 이송롤러(2)에 의하여 전사롤러(150)와 감광드럼(110)이 대면된 전사닙으로 이송된다. 전사롤러(150)에 전사바이어스가 인가된다. 전사바이어스의 정전기적 인력에 의하여 토너화상은 기록매체(P)로 전사된다. 기록매체(P)로 전사된 토너화상이 정착유닛(160)으로부터 열과 압력을 받아 기록매체(P)에 정착됨으로써 인쇄가 완료된다. 기록매체(P)는 배출롤러(3)에 의하여 배출된다. 기록매체(P)로 전사되지 않고 감광드럼(110)의 표면에 잔류되는 폐토너는 클리닝 블레이드(146)에 의하여 제거된다.

도 2은 도 1에 도시된 광주사유닛(130)의 일 실시예의 구성도이다. 도 3은 광주사유닛(130)의 부주사방향(X)에 대한 광경로를 개략적인 도면이다. 도 4는 광주사유닛(130)의 주주사방향(Y)에 대한 광경로를 개략적인 도면이다.

도면들을 참조하면, 광주사유닛(130)은 광을 조사하는 광원(10)과, 이 광원(10)에서 조사된 광을 감광드럼(110)의 주주사방향(Y)으로 편향 주사시키는 편향기(30)를 포함한다. 이하에서 감광드럼(110)은 피노광체(110)로 기술한다. 광원(10)으로서는 레이저 다이오드가 채용될 수 있다. 편향기(30)는 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 반사면(34)을 가지는 폴리곤 미러(35)와, 폴리곤 미러(35)를 회전시키는 모터(36)를 구비한다.

광원(10)과 편향기(30) 사이의 광경로 상에는 제1광학소자(21)와 제2광학소자(23)가 위치된다. 제1광학소자(21)는 광원(10)에서 조사된 광을 집속시켜 평행 광이 되도록 한다. 제2광학소자(23)는 제1광학소자(21)를 통과한 광을 부주사방향(X)에 대응되는 방향으로 집속시킴으로써, 편향기(30)에 입사되는 광을 선형으로 결상시키는 것으로, 적어도 한 매의 실린더리컬렌즈로 구성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1광학소자(21)는 브라켓(51)에 결합되고, 이 브라켓(51)이 광주사유닛(130)의 지지체의 역할을 하는 프레임(50)에 결합될 수 있다. 또, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1광학소자(21)는 하우징(221)에 결합되고, 하우징(221)은 서브프레임(222)에 결합된다. 지지부(222)는 광원(10)이 설치되는 기판(11)에 결합된다. 조리개판(223)에는 슬릿(224)가 마련되며, 서브프레임(222)에 결합된다.

광주사유닛은 결상광학소자(41)를 더 구비한다. 결상광학소자(41)는 편향기(30)와 피노광체(300) 사이에 배치된다. 결상광학소자(41)는 예를 들어 fθ렌즈이다. fθ렌즈는 적어도 일 매의 렌즈로 구성되는 것으로, 편향기(30)에서 편향된 광을 주주사방향(Y)과 부주사방향(X)에 대해 서로 다른 배율로 보정하여 감광 체(300)에 결상되도록 한다. 장치의 소형화와 부품수의 절감을 위하여 fθ렌즈는 한 매의 플라스텍 비구면렌즈인 것이 바람직하다. 또, fθ렌즈는 적어도 한 면은 부주사방향(X)의 곡률이 연속적으로 변화하는 비구면 내지는 자유곡면인 것이 바람직하다. fθ렌즈의 형태는 도 1에 도시된 바에 의하여 한정되지 않는다. 상기한 구성에 의하여, 광원(10)에서 조사된 광은 주주사방향(Y)으로 편향되어 피노광체(110)에 결상된다.

반사미러(25)는 편향기(30)에서 편향된 광의 일부를 반사시켜 동기신호검출센서(29)로 입사시킨다. 집속렌즈(27)는 반사미러(25)에서 반사된 광을 집속시킨다. 동기검출센서(29)는 주사선의 수평동기(주주사방향의 동기)를 맞추기 위한 동기신호를 생성한다.

제1, 제2, 결상광학소자(21)(23)(41)들의 온도에 따른 굴절률의 변화는 광원(10)에서 조사된 광이 피노광체(110)에 정확하게 결상되지 않는 핀트오차를 유발한다. 또, 광원(10)에서 조사되는 광의 온도에 따른 파장변화도 핀트오차가 유발된다. 본 발명의 광주사유닛은 제1광학소자(21)를 이용하여 온도의 변화에 따른 핀토오차를 보상하는 것을 특징으로 한다. 이를 위하여, 제1광학소자(21)는 도 6에 도시된 바와 같이 굴절부(211)와 회절부(212)를 구비한다.

제1광학소자(21)는 광원(10)에서 피노광체(110)에 이르는 광경로의 시작점에 위치되므로, 제1광학소자(21)의 온도에 따른 성능변화는 광경로의 종착점인 피노광체(110) 상에서는 매우 큰 핀트오차를 유발한다. 따라서, 제1광학소자(21)를 이용하여 온도의 변화에 따른 핀트오차를 보상하는 것이 매우 바람직하다. 특히, 제1광 학소자(21)을 플라스틱 사출성형방식으로 제조함으로써 광주사유닛(130)의 가격을 낮추는 시도가 진행되고 있는데, 이 경우에 굴절부(211)와 회절부(212)가 일체로 된 도 6에 도시된 바와 같은 제1광학소자(21)은 광주사유닛(130)의 가격을 낮추는데 도움이 된다. 물론, 결상광학소자(41)를 이용하여 온도의 변화에 따른 핀트오차를 보상하려는 시도도 가능하나, 결상광학소자(41)는 제1광학소자(21)에 비하여 상대적으로 크기 때문에 회절부를 가공하기가 쉽지 않고 비용도 상대적으로 많이 소요된다.

굴절부(211)는 광원(10)으로부터 조사되는 발산광을 평행광으로 변환하기 위한 콜리메이팅 렌즈이다. 회절부(212)의 회절면은 다음의 위상다항식으로 표시될 수 있다.

--- 식(1)

여기서,

, m은 회절차수, λ는 기준파장, C₁∼C₄는 위상다항식의 계수, x와 y는 각각 광축(42)과 제1광학소자(21)의 교점을 원점으로 하는 부주사방향(X)의 좌표와 주주사방향(Y)의 좌표값이다. C2∼C4 = 0 인 경우에 회절부(212)의 굴절력 Φd = -2×C₁로 표시될 수 있다.

온도의 변화에 따라 굴절부(211)의 굴절력(power)이 달라지게 되어, 굴절부(211)를 통과한 광의 광경로가 왜곡된다. 굴절부(211)에서의 굴절력은 광의 파장에 따라서도 달라진다. 그러므로, 온도의 변화에 따라 광원(10)에서 조사되는 광의 파장이 바뀌면, 굴절부(211)를 통과한 광의 광경로가 변하게 된다. 회절부(212)의 굴절력은 광의 파장변화에 의존된다. 따라서, 회절부(212)의 굴절력의 변화가 굴절부(211)의 굴절력의 변화를 상쇄시킬 수 있다면, 온도변화에 따른 핀트오차를 보상할 수 있다.

이를 위하여는 굴절부(211)의 굴절력(Φr)과 회절부(212)의 굴절력(Φd)과의 관계를 적절히 설정할 필요성이 있다. 광의 파장변화에 기인하는 굴절부(211)와 회절부(212)의 굴절력 Φr와 Φd의 변화량을 각각 ΔΦr1과 ΔΦd, 온도의 변화에 기인하는 굴절부(211)의 굴절력(Φr)의 변화량을 ΔΦr2라 하면, 이상적으로는 ΔΦr1 + ΔΦd + ΔΦr2 = 0 이 되도록 굴절부(211)의 굴절력(Φr)과 회절부(212)의 굴절력(Φd)을 설정하면 된다. 그러나, 실제의 광주사유닛에서는 이론적으로 다루기 어려운 매우 다양한 변수들이 존재하므로, 이론적인 계산이 반드시 용이한 것은 아니며 이론적인 계산에 의하여 설계된 광주사유닛이 모두 핀트오차를 만족할 만한 수준으로 보상할 수 있는 것은 아니다.

보다 실질적으로 핀트오차를 보상할 수 있는 광주사유닛을 설계하기 위하여 실험적인 방법에 의하여 굴절부(211)의 굴절력(Φr)과 회절부(212)의 굴절력(Φd)을 설정하는 방안을 택할 수 있다. 실제로 전자사진방식 화상형성장치에 적용될 수 있는 다양한 구조의 광주사유닛을 설계하고, 굴절부(211)의 굴절력(Φr)과 회절부(212)의 굴절력(Φd)을 변화시키면서 핀트오차를 보상할 수 있는 조건을 찾아본 결과,

0.5 < Φr/Φd < 1.3 ------ 식(2)

를 만족하는 경우에 만족할 만한 핀트오차보상효과를 얻을 수 있었다. 또, 제1광학소자(21)의 열팽창과, 광주사유닛(130)의 프레임(50)에 대하여 제1광학소자(21)을 지지하는 지지부(51)의 열팽창까지 고려하는 경우에는

(1-(f1/f2))×0.18 < f1×Φr×A₂/A₁ < (1+(f1/f2))×0.25 ------ 식(3)

을 만족하는 경우에 만족할 만한 핀트오차보상효과를 얻을 수 있었다. 여기서, f1은 제1광학소자(21)의 초점거리, f2는 결상광학소자(41)의 초점거리, A₁은 제1광학소자(21)의 열팽창계수, A₂는 제1광학소자(21)의 위치의 변화를 유발하는 지지부의 열팽창계수이다. 다시 말하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1광학소자(21)가 프레임(50)에 설치되는 경우에는 프레임(50)이 지지부의 역할을 하므로 A₂는 프레임(50)의 열팽창계수이다. 또, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1광학소자(21)가 서브프레임(222)에 지지되어 광원(10)이 설치된 기판(11)에 설치되는 경우에는 서브프레임(222)에 지지부의 역할을 하므로, A₂는 서브프레임(222)의 열팽창계수이다. 핀트 오차는 광주사장치의 광학계의 배율 즉, f1과 f2의 비에 의하여도 영향을 받으므로 식(3)에서는 제1광학소자(21)의 초점거리(f1)와 결상광학소자(41)의 초점거리(f2)도 고려되었다.

아래의 표 1에는 상술한 식(2)와 식(3)의 조건을 활용한 광주사유닛의 설계예가 개시되어 있다. 광원(10)으로부터 조사되는 광의 기준파장은 786.5nm 이다. 제1광학소자(21)의 열팽창계수 A₁은 0.00006, 지지부의 열팽창계수 A₂는 0.00003 이 다. 제1광학소자(21)의 초점거리(f1)는 14.8584mm이며, 결상광학소자(41)의 초점거리(f2)는 340mm 이다. 광원(10)의 온도에 따른 광파장 변화 dλ/dT = 0.215λ/℃ 이다.

[표 2]

	곡률반경(mm)		면간 거리(mm)	굴절률
광원	-	-	d1 = 14.2040	-
제1광학수단의 굴절부	R11	-43	d2 = 3	1.526248
	R12	-12.355	d3 = 6.3456	1.526248
	제2광학수단	R21y	∞	d4 = 3	1.526083
	R21x	31.32	-
	R22	∞	d5 = 47.147
폴리곤 미러	-	∞	d6 = 38.585	-
제3광학수단	R31y	62.65988	d7 = 15	1.526083
	R31x	-9.20640765973	-
	R32y	88.58408	d8 = 111.3
	R32x	-9.32400932401	-
피노광면	-	∞	-	-

위의 설계예에서, 식(1)에서 C₁ = -0.0196031709375 이며, C₂∼C₄ = 0 이다. 이 경우에 회절부(212)의 굴절력(Φd)은 -2×C₁ = 0.0408 이다. 굴절부(211)의 굴절력(Φr)은 0.0318 이다. 따라서, Φr/Φd = 0.78로서 식(2)를 만족한다. 또, {(1-(f1/f2))×0.18 = 0.172} < {f1×Φr×A₂/A₁ = 0.236} < {(1+(f1/f2))×0.25 = 0.26} 으로서 식(3)을 만족한다. 이 때의 피노광체(110)에서의 핀트오차를 조사한 결과가 도 7에 도시되어 있다. 도 7에서 가로축은 피노광체(110)의 주사면에서의 주주사방향의 위치를 나타내며, 세로축은 핀트이동량을 나타낸다. P1, P2, P3는 각각 온도가 15℃, 35℃, 55℃인 경우의 핀트이동량을 조사한 결과이다. 도 7에서 알 수 있듯이, 온도가 약 20℃ 변동된 경우에 핀트오차는 최대 0.2mm 이내로서 매우 만족할 만한 수준이다.

아래의 표 2에는 제1광학소자(21)의 초점거리(f1)를 변화시키면서 온도가 20℃ 상승된 경우에 핀트오차를 최소화할 수 있는 굴절부(211)와 회절부(212)의 굴절력(Φr)(Φd)의 비를 조사한 결과가 개시되어 있다. 광원(10)으로부터 조사되는 광의 기준파장은 786.5nm 이다. 회절부(212)의 회절면의 다항식(1)에서 C2∼C4 = 0 이며, 이 경우에 회절부(212)의 굴절력(Φd)은 -2×C₁으로 표시될 수 있다. 회절차수 m=1 이다. 제1광학소자(21)의 열팽창계수 A₁은 0.00006, 지지부의 열팽창계수 A₂는 0.00003 이다. 결상광학소자(41)의 초점거리(F2)는 340mm 이다.

[표 2]

f1(mm)	핀트오차 (mm)	C1	Φd	Φd×f1	Φr/Φd	f1×Φr× A₂/A₁
9.93	0.605809	-0.034	0.068	0.67524	0.62	0.209324
18.99	0.1441	-0.0157	0.0314	0.596286	0.75	0.223607
27.51	0.122336	-0.0105	0.021	0.57771	0.77	0.222418
35.55	0.101746	-0.008	0.016	0.5688	0.79	0.224676
43.11	0.086569	-0.0065	0.013	0.56043	0.81	0.226974

표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, Φr/Φd는 0.62∼0.81로서 식(2)를 만족한다. 또, f1×Φr× A₂/A₁은 0.21∼0.22로서 식(3)을 만족한다. 도 8은 제1광학소자(21)의 초점거리(f1)와, 핀트오차를 보상할 수 있는 굴절부(211)와 회절부(212)의 굴절력의 비(Φr/Φd)를 나타낸 그래프이다. 도 8에서 상한치는 허용가능한 최대 핀트오차가 +2mm인 경우의 굴절력의 비(Φr/Φd)를, 하한치는 허용가능한 최대 핀트오차가 -2mm인 경우의 굴절력의 비(Φr/Φd)를 나타내며, 중간치는 상힌차와 하한치의 중간값이다. 도 9는 제1광학소자(21)의 초점거리(f1)별로 핀트오차와 f1×Φr× A₂/A₁와의 관계를 도시한 그래프이다. 표 2와 도 8 및 도 9를 보면, 초점거리(f1)가 길어질수록 핀트오차가 작아지며, 굴절력의 비(Φr/Φd)가 0.9 부근에서 거의 포화되는 것을 알 수 있다. 반대로 초점거리(f1)가 짧아지면 핀트오차가 커지고, 굴절력의 비(Φr/Φd)가 점점 감소하는 것을 알 수 있다. 광주사유닛(130)의 실제 설계에서는 핀트오차를 작게 하기 위하여 초점거리(f1)를 크게 하기에는 한계가 있다. 또, 초점거리(f1)를 작게 하면 회절부(212)의 굴절력(Φd)이 커져서 회절부(212)의 가공이 어려워진다. 따라서 제1광학소자(21)의 가공성, 광주사유닛(130)의 설계에 있어서 실용적인 초점거리(f1)의 범위를 10∼50mm 정도로 보면, 0.5 < Φr/Φd < 1.3 정도가 바람직하다. 더 바람직하게는 0.6 < Φr/Φd < 0.9로 함으로써 허용마진이 매우 높은 광주사유닛(130)의 구현이 가능하다. 허용마진이 높다는 것은, 온도의 변화에 따른 핀트오차를 만족할 만한 수준으로 보상함으로써 다른 오차요인에 의하여 발생되는 오차의 허용치를 더 크게 할 수 있다는 것을 의미합니다. 따라서, 광학계의 설계에 있어서 넓은 자유도를 확보할 수 있습니다.

아래의 표 3에는 회절차수를 고려하여 제1광학소자(21)의 초점거리(f1)를 변화시키면서 온도가 20℃ 상승된 경우에 핀트오차를 최소화할 수 있는 굴절부(211)와 회절부(212)의 굴절력(Φr)(Φd)의 비를 조사한 결과가 개시되어 있다. 광원(10)으로부터 조사되는 광의 기준파장은 786.5nm 이다. 제1광학소자(21)의 열팽창계수 A₁은 0.00006, 지지부의 열팽창계수 A₂는 0.00003 이다. 결상광학소자(41)의 초점거리(F2)는 340mm 이다.

[표 3]

f1(mm)	핀트오차 (mm)	m	C1	Φd	Φd×f1	Φr/Φd	f1×Φr× A₂/A₁
9.93	0.605809	1	-0.034	0.068	0.67524	0.62	0.209324
18.99	0.122336	2	-0.00785	0.0314	0.596286	0.75	0.223607
27.51	0.101746	2	-0.00525	0.021	0.57771	0.77	0.222418
35.55	0.086569	1	-0.008	0.016	0.5688	0.79	0.224676
43.11	0.079863	2	-0.00325	0.013	0.56043	0.81	0.226974

표 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, Φr/Φd는 0.62∼0.81로서 식(2)를 만족한다. 또, f1×Φr× A₂/A₁은 0.21∼0.22로서 식(3)을 만족한다. 회절차수(m)는 1∼5차까지 회절부(212)의 가공성 등을 고려하여 적절히 사용하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 식(2)와 식(3)을 만족하는 경우에 만족할 만한 핀트오차 보상효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 실험에 의하면, 제1광학소자(21)가 플라스틱으로 제조하는 경우에 제1광학소자(21)의 열팽창계수 A₁은 0.0001보다 작은 것이 바람직하며, 재료가 되는 플라스틱의 온도에 따른 굴절률의 변화 (dn/dT)는 0.00007 < dn/dT < 0.00012 인 것이 바람직하다. 또, 광원(10)의 온도의 변화에 따른 광 파장의 변화(dλ/dT)는 dλ/dT < 0.3(nm/℃)인 것이 바람직하다. 이 경우에 식(2)와 식(3)을 더 잘 만족시킨다. 제1광학소자(21)의 재료로서는 예를 들어 Topas5013, Zeonex E48R, PMMA 등이 채용될 수 있다.

핀트오차는 광원(10)의 파장변동, 광학소자(21)(23) 및 결상광학소자(41)의 굴절율 변동 및 열팽창, 제1광학소자(21)를 지지하는 지지부의 열팽창 등에 의해 발생된다. 일반적인 경우 광학소자들의 열팽창에 의한 핀트오차는 미미하므로 고려할 필요가 없지만, 제1광학소자(21)과 같이 광을 평행광으로 만드는 경우 열팽창에 의한 곡률 및 두께 변화가 핀트오차를 크게 발생시키므로 열팽창에 의한 핀트이동을 고려할 필요가 있다. 결상광학소자(41)에서 굴절율 변동 및 열팽창에 의한 핀트오차는 제1광학소자(21)의 굴절율 변동 및 열팽창에 비교하여 상당히 적으므로 제1광학소자(21)의 굴절율 변동과 열팽창, 그리고 제1광학소자(21)의 지지부의 팽창만 고려하여도 크게 성능에 영향을 주지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 광주사유닛에 따르면, 제1광학소자(21)에 굴절부(211)와 회절부(212)를 마련함으로써 매우 용이하게 또, 효과적으로 온도의 변화에 따른 광주사유닛의 핀트오차를 보상할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 광주사유닛 및 이를 채용한 전자사진방식 화상형성장치에 의하면, 광원으로부터 조사되는 광을 평행광으로 변환하는 제1광학소자에 굴절부와 회절부를 마련함으로써 매우 용이하게 또, 효과적으로 온도의 변화에 따른 광주사유닛의 핀트오차를 보상할 수 있다.

상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.

Claims

광원과, 상기 광원으로부터 조사되는 광을 평행광으로 변환하는 제1광학소자, 편향기에 집광시키는 제2광학소자, 상기 편향기에 의하여 편향된 광을 피노광체에 결상시키는 결상광학소자를 구비하는 광주사유닛에 있어서,

상기 제1광학소자는 굴절부와 회절부를 구비하며, 상기 굴절부의 굴절력을 Φr, 상기 회절부의 굴절력을 Φd라 할 때에, 0.5<Φr/Φd<1.3 를 만족하는 것을 특징으로 하는 광주사유닛.
제1항에 있어서,

상기 제1광학소자를 지지하는 지지부;를 더 구비하며,

상기 제1광학소자의 초점거리를 f1, 상기 제1광학소자의 열팽창계수를 A₁, 상기 지지부의 열팽창계수를 A₂, 결상광학소자의 초점거리를 f2라 하면,

(1-(f1/f2))×0.18 < f×Φr×A₂/A₁ < (1+(f1/f2))×0.25 를 만족하는 것을 특징으로 하는 광주사유닛.
제1항 또는 제2항에 있어서,

0.6<Φr/Φd<0.9인 것을 특징으로 하는 광주사유닛.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1광학소자는 플라스틱 사출성형에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 광주사유닛.
제4항에 있어서,

상기 제1광학소자의 온도에 따른 굴절율의 변화(dn/dT)는 0.00007 < dn/dT < 0.00012 인 것을 특징으로 하는 광주사유닛.
제4항에 있어서,

상기 플라스틱의 열팽창계수 A₁은 0.0001 보다 작은 것을 특징으로 하는 광주사유닛.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 광원의 온도변화에 따른 파장의 변화를 dλ/dT라 할 때, dλ/dT < 0.3 인 것을 특징으로 하는 광주사유닛.
감광체;

상기 감광체에 광을 주사하여 정전잠상을 형성하는 것으로서, 상기 제1항 또는 제2항에 기재된 광주사유닛;

상기 감광체에 형성된 정전잠상에 토너를 공급하여 현상시키는 현상유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치.
제8항에 있어서,

0.6<Φr/Φd<0.9인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치.
제8항에 있어서,

상기 제1광학소자는 플라스틱 사출성형에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치.
제10항에 있어서,

상기 제1광학소자의 온도에 따른 굴절율의 변화(dn/dT)는 0.00007 < dn/dT < 0.00012 인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치.
제10항에 있어서,

상기 플라스틱의 열팽창계수 A₁은 0.0001 보다 작은 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치.
제9항에 있어서,

상기 광원의 온도변화에 따른 파장의 변화를 dλ/dT라 할 때, dλ/dT < 0.3 인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치.