KR940005967B1 - fθ렌즈 및 이 렌즈를 사용한 영상형성장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

fθ렌즈 및 이 렌즈를 사용한 영상형성장치

제 1 도는 주주사평면에서 본발명의 제 1 실시예의 단면도.

제2a도, 제2b도는 편향지점측에 이웃한 본발명의 fθ렌즈표면현상의 주주사단면의 형상을 예시하는 도면(제2a도는 r₁＜Ymax인 경우 이며 제2b도는 r₁ Ymax인 경우).

제 3 도는 본발명의 fθ렌즈의 전체주사시스템의 구성도.

제 4 도는 주주사평면에서 본발명의 fθ렌즈상에 라이트 빔 투사상태의 예시도.

제 5 도은 부주사평면에서 본발명의 fθ렌즈의 곡률반경 설명도.

제 6 도는 주주사평면에서 본발명의 제 2 실시예의 단면도.

제 7 도는 주주사평면에서 본발명의 제 3 실시예의 단면도.

제 8 도는 주주사평면에서 본발명의 제 4 실시예의 단면도.

제 9 도는 주주사평면에서 본발명의 제 5 실시예의 단면도.

제10도는 주주사평면에서 본발명의 제 6 실시예의 단면도.

제11도는 주주사평면에서 본발명의 제 7 실시예의 단면도.

제12도는 주주사평면에서 본발명의 제 8 실시예의 단면도.

제13도 내지 제20도는 본 발며의 fθ렌즈의 실시예의 수차를 나타내는 도면.

제21도는 본 발명의 fθ렌즈를 사용한 영상형성장치의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

a : 편향점에서 렌즈 전체표면까지의 거리

b : 렌즈의 실제표면에서 주사된 평면까지의 거리

g : 렌즈의 평면에서 렌즈의 편향표면까지의 거리

L : 유효 주사폭 r₁: 곡률반경

t : 렌즈의 두께 2 : 회전가능한 다각형 반사경

6 : 반도체 레이저출력부 33 : 원통형렌즈

39 : 감광성 드럼 40 : 대전기

41 : 현상장치 42 : 용지공급카세트

43 : 레지스터 로울러 45 : 고착장치

46 : 소재기 48 : 반사경

본발명은 레이저 주사광학시스템등에 사용된 fθ렌즈에 관한 것이며, 보다 상세히는 렌즈로 구성된 fθ렌즈 및 그 렌즈를 사용한 영상형성 장치에 관한 것이다.

이전에는 주사광학시스템에 있어서, 반도체 레이저와 같은 레이저원이 광원으로서 주로 사용되어왔으며 그 광원으로 부터의 라이트는 레이저 스폿을 형성하기 위하여 광학시스템을 통하여 주사되는 평면상에 영상되었으며, 레이저 스폿이 광로(光路)내에 배치된 다각형 반사경과 같은 편향기에 의하여 주사되는 평면상에 주사되는 동안 광원은 영상정보를 일치시키는 변조가 있게되며 이에 의해 바람직한 영상이 주사되는 평면상에 형성되었다.

상기 레이저 주사광학시스템이 특히 다각 반사경과 같은 편향기의 회전에 의하여 레이저를 주사하는 광학시스템일때, 주사되는 전체평면상에 균일하게 형성된 레이저 스폿(즉, 보정된 렌즈시스템의 영상계의 곡률)및 편향기의 회적각도 및 주사되는 평면상에 형성된 스폿의 위치는 비례관계를 갖는 것이 바람직하다(즉 주사되는 평면상에 주사된 스폿의 스피드(속력)는 주사되는 전체 평면상에 일정하게 된다. 즉, 일정 스피드 특성을 갖는다.)

이 목적을 위하여, 보정 광학시스템은 다각형 반사경과 주사되는 평면과의 사이에 사용된다.

보통, 레이저 주사시스템에 사용된 보정용 렌즈는 일정한 스피드 특성을 갖도록 투사광의 각도 및 영상높이가 비례관계에 있는 만큼의 수차특성을 가지고 있는 소위 fθ렌즈이다.

또한, 편향기의 편향표면인 반사경표면이 경사를 갖는 곳이라도, 주사선의 위치가 벗어나지 않도록 광학보정수단(경사보정가능)을 가지는 것이 영상의 질 및 평향기 제조 관점에서 바람직한 것으로 간주된다.

이러한 경상보정기능을 가진 fθ렌즈에 관련하는 수많은 발명이 있어 왔다. 특히 구성렌즈의 갯수가 2 또는 그 이상인 타입에 관련하여 많은 발명이 있어 왔으며 실제 사용하였다.

대조적으로 렌즈시스템이 하나의 렌즈로 구성된 독자적인 fθ렌즈가 더 간결한 광학시스템으로서 또한 발명되어왔다.

예컨데 일본국 특개소 55-7727호 및 58-5706호에서 알수있는 바와같이, fθ렌즈가 하나의 구형렌즈로 구성되어 있는 한예가 있다.

또한 일본국 특개소 63-50812호 및 특개평 1-224721호와 같이 토릭표면이 렌즈표면으로서 사용되며 또한 fθ렌즈가 구성되어 있는 한예가 있다.

더욱이 일본국 특개소 54-87540호 및 54-98627호에는 비구면형 표면항이 싱글렌즈에 도입된 한예가 개시되어 있으며, 일본국 특개소 62-138823호, 63-157122호 및 특개평 2-87109호에는 고차 비구면형 표면이 fθ렌즈를 구성하기 위하여 렌즈표면에 도입되어 있다.

그러나, 상기 선행기술의 예중에서 일본국 특개소 55-7727호에 개시된 평볼록 fθ렌즈에 있어서, 일정한 스피드 특성은 보정되어왔지만, 영상계의 곡률은 남아있으며 스폿의 균일성을 유지하기 어렵다.

이 경우, 렌즈에 의한 유효 주사폭의 크기가 주사되는 평면에 비하여 충분히 크게 설게된다면, 영상계의 곡률은 작게될 수 있지만, 전체장치는 부피가 커질것이며, 이것은 실용적이라 말할수 없다.

일본국 특개소 58-5706호 있어서는, 구면렌즈를 구성하고 있는 f렌즈는 수차 보정을 수행하기 위하여 편향표면측을 향하고 있는 볼록 표면을 가지고 있는 메니스커스렌즈로 제조되어 있지만, 일본국 특개소 55-7727호에 있어서와 같이 영상계의 곡률 및 일정 스피드 특성을 동시에 충분히 보정하려는 시도는 렌즈와 주사되는 평면과의 사이의 거리를 크게하는 필요성을 가져왔다.

일본국 특개소 63-50812호에 있어서, 토릭렌즈는 영상계의 곡률 및 일정 스피드 특서의 보정된 렌즈를 제조하는데 사용된다.

특히, 주주사평면에 있어서의 수차(영상계의 곡률 및 일정 스피드 특성) 및 주주사평면에 수직인 부주사평면에 있어서의 수차는 독립하여 보정될수 있으며, 따라서 상기 설명된 2개의 예에 있어서 보다 더 양호한 보정이 수행된다. 더욱이 편향표면 및 주사되는 평면은 부주사단면상에서 콘주게이트 관계를 이루며, 이에 의하여 편향기의 반사경 표면의 경사의 보정을 또한 완성한다. 편향표면과 주사되는 평면까지의 거리는 또한 상대적으로 짧게 유지되어 있다. 그러나 단지 주주사평면에서 관찰되면, 토릭렌즈는 구면 싱글렌즈에 등가적이며, 그것은 영상계의 곡률 및 일정 스피드 특성을 동시에 보정하가가 어렵다. 따라서, 수차가 양호한 렌즈형상을 제고하기 위하여는 렌즈의 두께 t를 초점길이 f에 비하여 상당히 크게, 즉, 본 특허출원에 있어서 기술된 바와같이 0.3＜t/f＜0.5의 관계로 하는 것이 필요하다.

이러한 이유때문에 실제적렌즈로서, 그 제조가 곤란하며 싱글렌즈의 사용은 장점을 없게 한다.

일본국 특개평 1-224721호에 있어서, 토릭렌즈가 역시 사용되어 있으며 또한 수렴광이 토릭 렌즈로 입사되도록 제조되어, 이에 의해 수차 보정이 수행되지만, 일본국 특개소 63-50812호에 있어서와 같이 주주사평면 단독에 있어서도 영상계의 곡률 및 일정 스피드 특성을 적절하게 하기 어렵다.

이 예에 있어서는 명세서에서 설명된 바와같이 일정 스피드 특성은 그것이 전기적으로 보정될 수 있는 정도(명세서에서 실질적으로 일정한 스피드로서 표현됨)의 보정도로 제한되며, 이에 의해 영상계의 곡률보정이 매우 양호하게 달성된다.

따라서, 영상기록중에 영상 정보의 타이밍은 기록된 영상의 일그러짐을 보정하기 위하여 변화된다.

그러나, 이 경우에는 일정 스피드특성이 불충분한 보정이 있게되며, 따라서 주사되는 평면상의 스폿의 스피드는 줄곧 변화하며, 주사되는 평면에 의하여 단위 시간당 수용된 빛의 양은 변화된다.

그것은 광원으로부터 발생된 레이저광의 양을 변화시킴으로써 보정하는것이 가능하지만, 이는 너무 많은 보정회로를 발생시키며, 싱글렌즈사용의 장점을 손상시킨다.

렌즈형상이 이 실시예에서와 같이 주주사평면에 있어서 비구면형상인 싱글렌즈의 경우에 충분한 특성을 가지고 있는 fθ렌즈를 달성하기 곤란했다.

대조적으로 일본국 특개소 54-87540호는 54-98627호에 개시된 바와같이 비구면형 항이 fθ렌즈를 구성 하도록 도입되어있는 일예가 알려져 있다.

일본국 특개소 62-138823호, 63-157122호 및 특개평 199013호에 개시된 비구면 렌즈는 광축에 가까운 렌즈의 형상이 편향표면측이 오목표면 또는 양면 볼록렌즈인 메니스커스 렌즈의 형상이며, 이 렌즈의 어떤 것에서도 렌즈의 두께 t는 주사되는 평면의 폭에 비하여 크다.

일본국 특개소 62-138823호에 도시한 예는 편향 표면쪽이 오목표면 또는 양면 볼록렌즈인 메니스커스렌즈이지만, 렌즈의 두께는 200mm의 유효주사폭에 대하여 최소 20mm이다.

일본국 특개소 63-157122호에 도시된 예는 광축에 가까운 메니스커스렌즈이고, 편향표면쪽이 오목한 표면이지만, 렌즈의 두께는 최대주사폭(명세서에서 최대주사각도 θmax로서 언급한 시각도에 상응하는 주사폭 ; 254mm 또는 어떤 실시예에서도 그 정도)에 대하여 최소 30mm이다.

일본국 특개평 2-87109호에 도시된 예는 광축가까이에서 양면 볼록한 렌즈이며, 따라서 렌즈의 두께는 역시 두껍다.

통상의 구면렌즈의 제작에서 행하여지는 것과 같은 과정을 수행함으로써 그러한 비구면 렌즈를 제작하는 것은 곤란하다.

따라서, 공정 및 성형은 상기 비구면 렌즈를 제작하는데 작업성이 풍부한 플라스틱과 같은 재료의 사용함에 의하여 수행되며, 이에 의해 제조에서의 문제점을 해결한다.

그러나 플라스틱은 보통 환경적 변동에 의하여 영향받는 경향이 있으며, 특히 습도와 기온에 의하여 굴절지수에 있어 변화되기 쉽다.

특히, 렌즈의 두께가 큰 곳에서, 그 곳을 통과하는 라이트빔은 굴절지수에 있어 변화를 크게 받으며, 영상위치는 환경적 변동에 의하여 변화된다. 또한, 렌즈의 큰 두께는 공정 및 성형을 수행함에 있어서 내부 균질성, 수차 및 성형 만료시간등의 요인이다.

따라서 상기 설명된 선행기술의 3가지의 예로서 알려진 비구면 렌즈들은 두꺼운 렌즈 두께때문에 실용적이라 할수 없다.

특히 이들 예에 있어서, 주주사평면에서 편향지점쪽 렌즈 표면의 형상은 적절하지 않으며, 따라서 fθ렌즈로서 요구되는 성능을 만족시키기 위하여 실질상의 범위보다 더 두꺼운 렌즈를 제작함이 필요하며, 이는 실현 가능성이 적었다.

본발명은 상기 언급된 문제의 관점에서 이루어졌으며 그 목적은 싱글렌즈로 구성되며 가소화(plasticization)에 적합하며 그 두께를 얇게하면서 fθ렌즈에 요구되는 성능을 만족시키는 fθ렌즈를 제공하는 것이며, 그러한 fθ렌즈를 사용한 영상형성장치를 또한 제공하는 것이다.

이에 의해, 그 장치는 컴팩트하며 두께가 작게 제조될수 있다.

본발명의 상기 목적은 이후 설명되는 본발명의 fθ렌즈 및 fθ렌즈를 사용한 영상 형성장치에 의하여 달성된다.

렌즈로 구성된 fθ렌즈인 본 발명의 fθ렌즈에 있어서, 주주사평면내의 편향기의 편향 지점측에 인접한 상기 렌즈의 적어도 렌즈표면의 만곡된 표면형상은 비구면형상이며, 더 상세히는 광축부근의 적어도 주주사평면내에서 이 비구면형상은 편향지점쪽으로 볼록하며, 주주사평면내의 광축부근에서 이 볼록한 형상의 곡률 반경이 r₁이고 주주사평면내의 광축부근에서 fθ렌즈의 초점길이가 fm 일때 r₁과 fm의 절대값 사이에는

0r₁＜｜fm｜ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ (1)

의 관계가 있으나, 편향 지점측에 인접한 렌즈표면과 원점으로서의 광축과의 사이의 교차지점으로 또한 광축방향으로 구성된 x-축의 좌표계 및 여기에 수직하게 주주사평면내에 구성된 y-축 좌표계로 되어있을때 주주사평면내의 표면형상은 y를 변수로 하는 함수 S₁(y)로 표현되며, 주주사평면내의 이 표면의 최대유효 직경이 Ymax이고 S₁(y)이 0과 Ymax(사이에서 정의될 때와, 또한 도시된 바와 같이 비구면형상과 광축부근에서의 곡률반경과의 사이의 관계가 r₁＜Ymax일때 즉, 곡률반경이 r₁인 구면형 렌즈가 유효직경 Ymax를 갖지 못할때 (예컨대 제2-a도), y=r₁인 위치에서의 렌즈형상 S₁(y₁)은

-1<S₁(r₁)/r₁＜0.5‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥(2a)

를 만족하며, r₁ Ymax 일때 즉, 곡률반경이 r₁인 구면형 렌즈가 유효직경 Ymax를 가질 수 있을 때(예컨대 제2-b)y=Ymax인 위치에서의 렌즈 형상 S₁(Ymax)은

-1 ×Ymax/r₁＜S₁(Ymax)/Ymax＜0.5 × Ymax/r₁‥‥‥‥‥‥(2b)

를 만족시키며 이때에 더 실제직인 fθ렌즈가 실현된다. 이 경우에 있어서, 주주사평면내의 편향 지점측에 인접한 렌즈 표면의 형상이 편향 지점쪽으로 볼록하고 제 (1)식을 만족하지 않는다면 광축 부근에서의 일정한 스피드 특성은 미흡한 보정상태일 것이며, 상기 형상이 제(2a)식 또는 제(2b)식을 만족하지 않는다면 주주사면내의 영상계의 곡률의 보정은 불충분하게 될 것이다. 즉, 제 (1)식과 제 (2a)식이 동시에 만족된다는 것은 본 발명의 fθ렌즈가 fθ렌즈로서 요구되는 성능을 만족하기 위해 필요한 조건이다.

더욱이, 본 발명의 fθ렌즈에 있어서, 습도 또는 온도의 변동과 같은 주위환경의 변동에 의해 변환되는 굴절율을 갖는 재료들이 렌즈의 재료로 선택되어서 그 영향이 작을수도 있을 때라도, 렌즈의 두께(t)는 유효 주사 폭(L), (제 3 도에 도시됨)과 비교하여

0＜t/L＜0.08‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥(3)

로 표현되는 범위내에 유지될 수 있으며, 또는 렌즈의 편향 표면으로부터, 주사되는 평면까지의 거리가(g) 일때, 두께(t)는

0＜t/g＜0.15‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥(4)

로 표현되는 범위내에서 유지될 수 있고 주위환경의 변동에 의한 영상위치의 변동은 작게 유지될 수 있다.

더욱이, 광축 부근에서의 렌즈의 형상이 적어도 주주사평면내의 볼록 매니스커스 렌즈가 될 수도 있도록 렌즈의 형상을 선택하는 것은 렌즈의 두께를 작게 유지되도록 할 수도 있으나, 광축부근의 렌즈의 두께와 그 유효끝 부분내의 렌즈의 두께는 공정 및 성형중에 균일성을 향상시키도록 또한 수차 및 공정시간과 같은 공정조건을 향상시키도록 상호간에 크게 다르지 않게 만들어질 수 있다. 또한,

｜fm｜/g＞0.8‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥(5)

을 만족하도록 편향표면으로부터, 주사되는 평면까지의 거리(g)와 비교하여 주주사평면내의 광축부근에서의 렌즈의 초점거리 fm을 선택함으로써, 또한, 비구면형 렌즈를 사용함으로써 렌즈의 장착 정밀도와 같은 조립특성은 현저하게 악화되는 것이 방지될 수도 있다. 이 경우에, fm의 부허는 +일수도 또는 -일수도 있다.

또한, 이 렌즈상의 입사 라이트 빔이 적어도 주주사평면내에서 수렴된 빛이 된다면, 렌즈로 부터, 주사되는 평면까지의 거리는 주사계 전체의 크기를 작게 하도록 단출될 수 있다. 이 경우에, 평향지점으로부터 이수렴된 빛이 주주사평면내에 영상되는 지점까지의 거리가 p이고, 편향지점으로부터, 주사되는 평면까지의 거리가 g일때 (제 4 도에 도시됨), 설계는

0.7＜p/g ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥(6)

라는 조건을 만족할 수렴된 빛이 렌즈상에 입사되도록 야기되는 것과 같이 설계되며, 소형되어있는 렌즈에 의해 야기된 주사되는 평면의 끝부분내에서의 일정속도특성의 악화는 실제적인 범위내에서 억제될 수 있다. 한편, 이 입사 라이트빔이 적어도 주주사평면내에서 실질적으로 평행한 빛이 된다면, 렌즈를 소형화하는데 에는 한계가 있으나 편향지점과 fθ렌즈 상호간의 장착 정밀도를 완화시킬 수 있을 것이다.

본발명의 fθ렌즈에 있어서, 렌즈의 형상은 축 대칭 렌즈 형상이 되지는 않으며 평향지점측상의 적어도 하나의 만곡된 표면에 대하여 또한 주사되는 평면측상의 만곡된 표면에 대하여, 광축 부근의 곡률반경은 주주사단면과 부주사 단면(주주사단면에 수직하며 광축을 포함하는 단면)과의 사이에서 달라지며, 여기에서 부주사방향(라이트 빔이 광 편향기에 의해 주사되는 방향 및 광축방향에 수직한 방향)으로의 영상계의 곡률은 렌즈가 하나의 축대칭 형상만으로 구성되어 있을 때보다 작게 유지된다.

편향지점측상의 적어도 하나의 만곡된 표면에 대한 또한 주사되는 평면측상의 만곡된 표면에 대한 도면설계는 주주사편면내의 법선을 포함하며 주주사평면에 수직한 평면내의 결정된, 렌즈의 만곡된 표면의 곡률반경 r'(제 5 도에 도시됨)는 렌즈의 유료부분내에서 계속적으로 변화되는 것과 같이 설계되어있으며, 여기에서 부주사방향으로의 영상계의 곡률은 더 양호하게 보정될 수 있다.

이경우에, 광축부근의 부주사단면내에서 편향 지점과 주사되는 평면이 광학콘주게이트 관계에 있도록 설계되어 있다면, 편향기의 편향표면의 경사는 미리 보정될 수 있다.

제 1 도는 본발명에 따른 fθ렌즈의 제 1 실시예를 도시하고있다. 제 1 도는 주주사평면내에 도시된 상태의 렌즈단면도이다. 이 렌즈의 설계치는 표 1에 도시되어있므며 이 렌즈의 성능은 표 2에 도시되어있다. 주주사평면은 편향기의 편향표면에 의해 편향된 라이트 빔이 시간의 경과에 따라 형성하는 라이트 빔 표면에 관한 것이다.

주주사평면내의 이 렌즈의 단면 형상은, 렌즈표면과 원점으로서의 광축사이에 교차점을 갖는 상태에서 x축 좌표계는 광축방향으로 구성되어있고 y축 좌표계는 광축방향에 수직한 주주사평면내에 구성되어있을때,

와 같은 고차수항을 포함하는 다향식의 형태로 전개되며, 여기서에서 r은 광축부근에서의 주주사평면내의 렌즈표면의 곡률반경이다. 이 경우에, 표 1에 도시된 바와 같은 각각의 표면에 대하여 편향표면의 편향지점에 인접한 렌즈표면의 단면형상은 y를 변수로 하는 함수 S₁(y)로 표현되며, 광축부근에서의 주주사평면내의 곡률반경은 r₁으로 표현되며, 고차항의 계수들은 k₁, B₁, C₁, D₁, E₁으로 표현되며, 주사되는 평면에 인접한 렌즈표면의 단면 형상은 y를 변수로 하는 함수 S₂(y)로 표현되며, 광축부근에서의 주주사평면내의 곡률반경은 r₂로 표현되며, 고차수항의 계수는 k₂, B₂, C₂, D₂, E₂로 표현된다.

편향지점에 인접한 렌즈 표면에 대하여, 함수 S₁,(y)과 r₁은 주주사평면내의 최대 유효직경이 Ymax인 상태에서 제 2 도에 도시되어있다.

주사계 전체의 배열에 대하여, 제 3 도에 도시된 바와 같이 광편향기는 편향지점으로부터 렌즈의 전체표면까지의 거리는 a이며, 렌즈두께는 t이며, 렌즈의 실제표면으로부터, 주사되는 평면까지의 거리는 b이며, 광축상의 편향지점으로부터, 주사되는 평면까지의 거리는 g이며, 렌즈의 최대주사각도는 θmax이며, 주사되는 평면상의 유효주사두께는 L이다. 제 3 도는 주주사평면내에 도시된 상태의 주사계의 단면도를 도시하고 있다.

또한, 광편향기상으로의 입사광은 제 4 도에 도시된 바와 같이 편향지점으로부터 거리 P만큼 떨어져 영상되는 주주사평면내의 수렴된 빛이다. 부주사평면내에서, 도시되어 있지 않은 광원으로부터 발광되는 라이트빔은 도시되어있지 않은 원통형 렌즈를 통과하여, 영상되도록 광편향기의 편향지점상으로 들어간다. 부주사평면내에서, 렌즈는 소위 경사보정광 시스템의 구조를 취하고 있다.

부주사 방향으로의 이 렌즈의 형상은, 광축을 포함하고있는 부주사단면내의 광축부근에서의 렌즈표면 곡률반경이 rs이고 또한 제 5 도에 도시된 바와 같이 z축이 주주사능면내의 만곡된 렌즈표면에 대한 법선을 포함하는, 주주사평면에 수직한 방향으로 구성되어 있고 또한 법선 및 z축을 포함하는 평면내에 결정된 곡률반경이 r'일때, 그리고 이 법선의 푸트(foot)의 위치가 광축으로부터 y의 위치에 있을 때

의 형태로 곡률반경의 변화를 가져오는 변수를 사용함으로써 표현되며, 여기에서 r'=rs(1+Ay²+By⁴+Cy⁶+Dy⁸+Ey¹⁰)이다. 따라서, 주주사평면에 수직한 부주사방향으로의 렌즈형상은 y값에 따라 계속적으로 변화한다. 이 경우에, 각각의 표면에 대해 표 1에 도시된 바와 같이 부주사평면내의 편향지점에 인접한 렌즈 표면의 렌즈형상은 S₁'(y)로 표현되며, 광축부근에서의 부주사평면내의 곡률반경은 r₁으로 표현되며, 곡률의 변화를 가져오는 계수들은 A'₁, B'₁, C'₁, E罕₁로 표현되며, 부주사평면내의 주사되는 평면에 인접한 렌즈표면의 렌즈형상은 S'₂(y)로 표현되며, 광축부근에서의 부주사평면내의 곡률반경은 r₁로 표현되며, 곡률의 변화를 가져오는 계수들은 A'₂, B'₂, C'₂, D'₂, E'₂로 표현된다.

이 렌즈에서, 렌즈의 부주사단면에 대해 편향지점과 부주사단면은 콘주게이트 관계에 있으며, 이 관계에 의해 경사가 보정된다.

제 1 실시예의 경우에 있어서, S'₁(y)는 전체 렌즈표면에 걸쳐 일정하며, r'=∞이다.

제 6 도는 본발명에 따른 fθ렌즈의 제 2 실시예를 도시하고 있다. 제 6 도는 주주사평면에 도시된 렌즈의 단면도를 도시하고있다. 이 렌즈의 설계치는 표 3에 도시되어있으며, 이 렌즈의 성능은 표 4에 도시되어있다.

제 2실시예에서, 주주사단면내의 렌즈의 형상은 즉 1 실시예에서와 동일하지만 부주사방향으로의 렌즈 형상은 제 1 실시예에서의 형상과는 다르다. 특히, 편향기와 인접한 표면은 광축부근에서 대칭인 비구면형의 표면이다. 다른 관점에 있어서, 이 렌즈의 형상은 제 1 실시예의 형상과 유사하다.

따라서, 본 발명의 fθ렌즈는 부주사방향으로의 형상에 대해 설계상에서의 자유도가 증대된다.

제 7 도는 본발명에 따른 fθ렌즈의 제 3 실시예를 도시하고있다. 제 7 도는 주주사평면내에 도시된 렌즈의 단면도를 도시하고있다. 이 렌즈의 설계치는 표 5에 도시되어있으며, 이 렌즈의 성능은 표 6에 도시되어있다.

이 실시예는 렌즈두께(t)가 제 1 실시예보다 비교적 두껍게 되어있는 실시예이다. 이 실시예의 범위내에서 주위환경의 변동등의 영향은 아무런 문제도 일으키지 않는다.

제 8 도는 본발명에 따른 fθ렌즈의 제 4 실시예를 도시하고있다. 제 8 도는 주주사평면내에 도시된 렌즈의 단면도를 도시하고있다. 이 렌즈의 설계치는 표 7 에 도시되어있으며, 이 렌즈의 성능은 표 8 에 도시되어있다.

이 실시예는 렌즈가 제 3 실시예와 비교하여, 더 두껍게 되어있는 실시예이다. 이 경우에, t/L는 제 (2)식 범위의 최대가능 한계에서, t/g가 제(3)식의 범위내에 충분히 포함되어있는 한편 그에 따라, 주위환경의 변동의 영향은 증대되지만 실제적인 범위내에는 포함되어있다.

제 9 도는 본 발명에 따른 fθ렌즈의 제 5 실시예를 도시하고 있다. 제 9 도는 주주사평면내에 도시된 렌즈의 단면도를 도시하고 있다. 이 렌즈의 설계치는 표 9 에 도시되어있으며, 이 렌즈의 성능은 표 10에 도시되어 있다.

이 렌즈는, 입사광이 주주사평면내의 또한 부주사평면내의 평행광인 것과 같이 되어있으며, 평행광은 광편향기의 편향표면상에 영상되도록 들어간다. 그러므로, p값는 동일한 최대주사각도 및 동일한 유효 주사 폭을 갖는 다른 실시예에서 보다 더 크지만 이 실시예는, 입사 라이트 빔이 주주사평면내에서 벗어난다 할지라도 극단적으로 바뀌지 않는다는 장점을 가지고있다.

제10도는 본발명에 따른 fθ렌즈의 제 6 실시예를 도시하고있다. 제10도는 주주사평면내에 도시된 렌즈의 단면도를 도시하고있다. 이 렌즈의 설계치는 표 11에 도시되어 있으며, 이 렌즈의 성능은 표 12에 도시되어 있다.

이 실시예는, 최대주사각도 Qmax가 32°에 설계되어 있는 실시예이다. 이 렌즈의 경우에 있어서, r₁ Ymax이므로 제 (2a)식의 S₁(r₁)/r₁＜0.5은 아니고 제 (2b)식의 S₁(Ymax)＜0.5×Ymax/r₁만이 의미를 갖는다. 따라서, S₁(Ymax)값과 0.5Ymax/r₁값은 표 11에 도시되어 있다.

제11도는 본 발명에 따른 fθ렌즈의 제 7 실시예를 도시하고있다. 제11도는 주주사평면내에 도시된 렌즈의 단면도를 도시하고있다. 이 렌즈의 설계치는 표 13에 도시되어 있으며, 이 렌즈의 성능은 표 14에 도시되어 있다.

이 실시예는 최대주사각도 Qmax가 56°에 설계되어있는 실시예이다. 제12도는 본발명에 따른 fθ렌즈의 제 8 실시예를 도시하고있다. 제12도는 주주사평면내에 도시된 렌즈의 단면도를 도시하고있다. 이 렌즈의 설계치는 표 15에 도시되어 있으며, 이 렌즈의 성능은 표 16에 도시되어있다.

이 실시예는 설계가, 동일한 최대주사각도를 갖는 다른 실시예를 비교하여 증대되어있는 실시예이다.

본발명의 fθ렌즈의 실시예의 설계치의 표는 아래의 도시될 것이다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

[표 4]

[표 5]

[표 6]

[표 7]

[표 8]

[표 9]

[표 10]

[표 11]

[표 12]

[표 13]

[표 14]

[표 15]

[표 16]

제13도내지 제20도는 본발명의 fθ렌즈의 실시예에 있어서의 수차를 도시한다.

이제 영상 캐리어상에 영상을 형성하기위한 광주사장치를 사용한 영상형성장치에 대한 설명이 이루어질 것이다.

제21도는 본발명의 fθ렌즈가 적용된 레이저 빔에 의한 영상기록용의 영상형성장치인 레이저 빔 프린터의 단면도되이다.

이후부터 제21도에 대한 설명이 이루어질 것이다.

제21도에서, 참조번호 39는 화살표 방향으로 회전하는 감광성 드럼을 표시하고 있다. 감광성 드럼(39)의 둘레에는, 드럼의 표면을 균일하게 대전시키기 위한 대전기(40), 감광성 드럼상에 잠재영상을 현상하기위한 현상장치(41), 현상장치(41)에 의해 현상된 영상을 용지로 전송하기 위한 전송대전기(44), 그리고 영상전송후에 감광성 드럼의 표면상에 남아있는 모든 불필요한 현상액을 제거하기위한 소재기(46)등이 순차적으로 구비되어있다.

참조번호 42는 기록용지를 포함하고있는 용지공급카셋트를 표시하며, 참조번호 43은 레지스터 로울러를 표시하며, 참조번호 45는 전송된 영상을 반영구적으로 만들기 위한 고착장치를 표시한다. 참조번호 49는 광 시스템의 온도상승을 방지하도록 그 하우징 아래쪽에 공기의 흐름을 형성하는 팬을 나타낸다. 바닥판(5)과 일체로 형성되어있는 용기부내에 포함되어있는 반도체 레이저 출력부(6)는 기록정보에 따른 외부신호에 의해 광학적으로 동조된 레이저 빔을 출력시키며, 이 레이저 빔은 바닥판(5)과 덮개부재(27)로 구성된 하우징 으로 부터, 바닥판(5) 및 용기부와 일체로 형성되어있는 지지부에 의해 고도로 정밀하게 유지 및 위치된 원통형 렌즈(33)를 통해 또한 균일 각속도로 라이트 빔을 편향시키기 위한 회전가능한 다각형 반사경(2)을 통해 또한 fθ렌즈(31)를 통해 투사되어, 반사경(48)을 통해 감광성드럼(39)상에 주사되는데, 여기에서 기록정보에 따른 대전 패턴은 감광성드럼(39)상에 형성된다.

참조번호 34는 바닥판과 일체로 바닥판(5)의 아래쪽에 구비되어 있으며, 또한 감광드럼(39)및 반사경(48)에 대해 고도로 정밀하게 위치되어있는 하우징용의 위치결정부재를 표시한다. 위치결정의 정확성은 이 위치 결정부재에 의해 향상되며, 여기에서 감광성드럼에 대한 위치상의 정확성은 향상되므로 더 양호한 영상을 얻을 수 있다.

드럼상의 대전 패턴은 현상장치(41)에 의해 가시화된다. 이 가시화된 영상은 용지공급카셋트(42)로 부터 공급된 기록용지상으로 전송대전기(44)에 의해 전송되며, 그 다음에 기록용지는 영상의 고착을 위한 고착장치(45)로 공급된다. 영상전송후 감광성드럼에 남아있는 어떠한 현상액도 소재기(46)에 의해 제거되며 또다른 사용을 의해 준비된다.

본발명의 fθ렌즈가 적용된 이러한 영상형성장치는 콤팩트하며 얇게될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본발명에 따라 적어도 주주사평면내의 편향지점측상의 렌즈 표면의 만곡된 표면형상이 특히 광축부근에서 비구면형상인 단일 렌즈를 포한하는 fθ렌즈가 실현될 수 있으며, 이 비구면 형상은 편향지점측을 향해 볼록하게 되며 더욱이 주주사평면내의 이 표면의 형상은 식 (1) 및 (2-a) 또는 (2-b)를 만족하며, 여기에서 fθ렌즈는 fθ렌즈로서 요구되는 성능을 만족하지만 렌즈의 두께는 가소성에 적합하도록 작게 유지된다. 또한, fθ렌즈와 같은 렌즈의 사용은 콤팩트하고 얇은 영상형성장치의 실현을 가능하게 해준다.

Claims (24)

1. 라이트 빔을 균일한 각속도로 주사될 평면상에 영상되는 편향기의 편향표면으로 부터 편향되도록 야기하면서 균일한 속력으로 주사를 시행하도록 작용하는 fθ렌즈에 있어서, 주주사평면의 편형표면의 편향지점측 근처에 있는 렌즈의 적어도 렌즈 표면의 만곡된 표면의 형상은 비구면 형상이며 특히 광축근처에서 그러하고, 적어도 주주사평면에서 이러한 비구면 형상은 상기 편향지점 쪽으로 볼록하며, 주주사평면의 광축 근처의 상기 볼록형상의 곡률반경이 r₁이고 주주사평면에서 광축근처의 fθ렌즈의 초점거리가 fm일때 0r₁＜｜fm｜이며, 상기 편향지점측 근처의 렌즈 표면과 원점으로서 광착사이의 교차지점으로, 그리고 광축방향으로 구성된 X-축의 좌표시스템과 여기에 수직인 주주사평면으로 구성된 y-축 좌표시스템으로, 주주사평면의 표면 형상이 y가 변수인 함수 S₁(y)로 표현될때, 그리고 주주사평면에서 상기 표면의 최대유효직경이 Ymax일때, S₁(y)는 0에서 Ymax사이에서 규정되며, r₁＜Ymax일때, -1＜S₁(r₁)/r₁＜0.5 이고 r₁ Ymax일때 -1 ×Ymax/r₁＜S₁(Ymax)/Ymax＜0.5 ×Ymax/r₁인 것을 특징으로하는 fθ렌즈.
2. 제 1 항에 있어서, 광측상에서 fθ렌즈의 두께가 t이고 주사되는 평면상에서 유효 주사폭은 L일때, 0＜t/L＜0.08 인 것을 특징으로하는 fθ렌즈.
3. 제 1 항에 있어서, 광축상에서 fθ렌즈의 두께가 t이고 편향표면의 편향점에서 주사되는 평면까지의 거리는 g일때 0＜t/g＜0.15 인 것을 특징으로하는 fθ렌즈.
4. 제 1 항에 있어서, 주주사평면에서 광축 근처의 초점거리 fm과 편향표면의 편향점으로 부터 주사되는 평면까지의 거리 g는 ｜fm｜/g＞0.8 인 것을 특징으로하는 fθ렌즈.
5. 제 1 항에 있어서, 광축근처의 렌즈의 형상은 적어도 주주사평면에서 편향표면의 편향지점쪽으로 볼록한 메니스커스렌즈인 것을 특징으로하는 fθ렌즈.
6. 제 1 항에 있어서, 렌즈상에 투사되는 라이트 빔은 적어도 주주사평면에 수렴된 빛인 것을 특징으로하는 fθ렌즈.
7. 제 6 항에 있어서, 렌즈상에 투사되는 라이트 빔은 적어도 주주사평면에 수렴된 빛이며, 편향표면의 편향지점으로 부터 수렴된 빛이 주주사평면에 영상되는 지점까지의 거리 p, 그리고 편향표면의 편향지점으로 부터 주사되는 평면까지의 거리 g는 0.7＜p/g 인 것을 특징으로하는 fθ렌즈.
8. 제 1 항에 있어서, 렌즈상에 투사되는 라이트 빔은 적어도 주주사평면에 평행인 빛인 것을 특징으로 하는 fθ렌즈.
9. 제 1 항에 있어서, 편향지점 근처의 만곡된 표면과 주사될 평면 근처의 만곡된 표면에 적어도 하나에 관하여, 광축근처의 곡률반경은 주주사단면과 부주사단면(렌즈의 광축을 포함하고 주주사평면에 수직인 평면)사이에서 다른 것을 특징으로하는 fθ렌즈.
10. 제 9 항에 있어서, 평향지점 근처의 만곡된 표면과 주사될 평면 근처의 만곡된 표면의 적어도 하나에 관하여, 주주사평면에 법선을 포함하며 주주사평면에 수직인 평면에서 결정된 렌즈의 만곡된 표면의 곡률반경은 렌즈의 유료부분에서 연속적으로 변하는 것을 특징으로하는 fθ렌즈.
11. 제 9 항 또는 제10항에 있어서, 광축근처의 부주사단면에서 편향지점좌 주사될 평면은 광학적으로 콘주게이트관계인 것을 특징으로한는 fθ렌즈.
12. 광원, 광원으로 부터 빛을 모으고 빛이 편향기의 편향표면의 편향지점쪽으로 나오도록 야기하는 제 1 광학시스템, 라이트 빔을 균일한 각속도로 제 1 광학 시스템으로 부터 편향 표면의 편향지점상에 편향시시키는 편향기, 라이트 빔을 균일한 각속도로 주사될 평면상에 영상되는 편향기의 편향지점으로 부터 편향되도록 야기하면서 균일한 각속도로 주사를 시행하도록 작용하는 fθ렌즈로 구성된 제 2 광학시스템, 감광부재와 같은 기록재질이 위치하는 주사되는 평면으로 구성된 광학시스템에 있어서, 편향지점근처에 있는 제 2 광학시스템의 fθ렌즈의 적어도 렌즈표면의 주주사평면의 만곡된 표면의 형상은 비구면형상이며 특히 광축근처에서 그러하고, 적어도 주주사평면에서 이러한 비구면형상은 편향지점쪽으로 볼록하며, 주주사평면에서 광축근처의 상기 볼록형상의 곡률반경이 r₁이고 주주사평면에서 광축근처의 상기 fθ렌즈의 초점거리가 fm일때 0r₁＜｜fm｜이며, 상기 편향지점측 근처의 렌즈 표면과 원점으로서 광축사이의 교차지점으로 x-축 의 좌표시스템이 광축방향으로 구성되고, y-축의 좌표시스템이 여기에 수직인 주주사평면으로 구성될때 그리고 주주사평면에서 표면형상이 y가 변수인 함수 S₁(y)로서 표현될때 그리고 주주사평면에서 상기 표면의 최대유효직경이 Ymax이고 S₁(y)가 0에서 Ymax사이에서 규정될때 그리고 r₁＜Ymax일때 -1＜S₁(r₁)＜0.5 이고 r₁ Ymax일때 -1 ×Ymax/r₁/r₁＜S₁(Ymax)/Ymax＜0.5 ×Ymax/r₁인 것을 특징으로하는 주사광학시스템.
13. 제12항에 있어서, 광축상에서 제 2 광학시스템의 fθ렌즈의 두께가 t이고 주사되는 평면상에서 유효 주사폭은 L일때, 0＜t/L＜0.08 인 것을 특징으로하는 주사광학시스템.
14. 제12항에 있어서, 광축상에서 제 2 광학시스템의 fθ렌즈의 두께가 t이고 편향점에서 주사되는 평면까지의 거리는 g일때 0＜t/g＜0.15 인 것을 특징으로하는 주사광학시스템.
15. 제12항에 있어서, 주주사평면에서 광축근처의 제 2 광학시스템의 fθ렌즈의 초점거리 fm과 편향점으로 부터 주사되는 평면까지의 거리 g는 ｜fm｜g＞0.8 인 것을 특징으로하는 주사광학시스템.
16. 제12항에 있어서, 제 2 광학시스템의 fθ렌즈는 fθ렌즈이며 여기에서 광축근처의 렌즈의 형상은 적어도 주주사평면에서 편향지점쪽으로 볼록한 메니스커스렌즈인 것을 특징으로하는 주사광학시스템.
17. 제12항에 있어서, 제 1 광학시스템으로 부터 나오는 라이트 빔은 적어도 주주사평면에 수렴된 빛인 것을 특징으로하는 주사광학시스템.
18. 제17항에 있어서, 제 1 광학시스템으로 부터 나오는 라이트 빔은 적어도 주주사평면에 수렴된 빛이며, 편향지점으로 부터 수렴된 빛이 주주사평면에 영상되는 지점까지의 거리 p, 그리고, 편향지점으로 부터 주사되는 평면까지의 거리 g는 0.7＜p/g 인 것을 특징으로하는 주사광학시스템.
19. 제12항에 있어서, 제 1 광학시스템으로 부터 나오는 라이트 빔은 적어도 주주사평면에 평행인 것을 특징으로하는 주사광학시스템.
20. 제12항에 있어서, 제 2 광학시스템의 fθ렌즈는 fθ렌즈이며 여기에서 편향지점근처의 만곡된 표면과 주사될 평면근처의 만곡된 표면의 적어도 하나에 관하여, 광축근처의 곡률반경은 주주사단면과 부주사단면사이에서 다른 것을 특징으로하는 주사광학시스템.
21. 제20항에 있어서, 제 2 광학시스템의 fθ렌즈는 fθ렌즈이므로 편향지점 근처의 만곡된 표면과 주사될 평면 근처의 만곡된 표면의 적어도 하나에 관하여, 주주사평면에서 법선을 포함하며 주주사평면에 수직인 평면에서 결정된 렌즈의 만곡된 표면의 곡률반경은 렌즈의 유효부분에서 연속적으로 변하게 되는 fθ렌즈인 것을 특징으로하는 주사광학시스템.
22. 제20항 또는 제21항에 있어서, 제 1 광학시스템으로 부터 나온 라이트 빔이 부주사단면에서 편향기의 편향지점에서 모이며, 제 2 광학시스템의 fθ렌즈는 광축근처의 부주사단면에서 편향지점과 주사될 평면은 광학적으로 콘주게이트 관계가 되는 fθ렌즈인 것을 특징으로하는 주사광학시스템.
23. 제12항에 있어서, 반도체 레이저는 광원으로서 사용되는 것을 특징으로하는 주사광학시스템.
24. 제12항에 따른 주사광학시스템의 사용에 의하여 영상 형성을 시행하는 것을 특징으로하는 영상형성장치.