KR20020062426A

KR20020062426A - 광주사 광학 장치

Info

Publication number: KR20020062426A
Application number: KR1020010003419A
Authority: KR
Inventors: 이인용
Original assignee: 삼성전자 주식회사
Priority date: 2001-01-20
Filing date: 2001-01-20
Publication date: 2002-07-26
Also published as: US20020135848A1

Abstract

주사렌즈의 제작시 제작환경에 의한 영향을 적게 받아 가공성이 우수하고 외부 환경 변화에 둔감하도록 구조가 개선된 주사렌즈를 갖는 주사광학장치가 개시되어 있다.

이 개시된 주사광학장치는, 광을 조사하는 광원과, 모터에 의해 회전되어 상기 광원으로부터의 광을 반사시키는 편향수단과, 이 편향수단에 의해 반사된 광이 감광 매체상의 스캐닝 라인에 각각 적당한 스폿을 형성하도록 하는 주사렌즈를 포함하는 주사광학장치에 있어서, 상기 주사렌즈는 주사렌즈 중심에서의 두께 Tc와 주사렌즈 가장자리에서의 두께 Ts의 비가 다음 조건식을 만족하는 것을 특징으로 한다.

<조건식>

이상과 같이 하여, 자유곡면 형상을 갖는 주사렌즈를 정밀하게 제어할 수 있으며, 복굴절, 내부응력의 효과도 최소한으로 줄일 수 있어 가격 경쟁력을 제고할 수 있을 뿐 아니라, 열특성, 습도, 온도 등의 환경 변화에도 둔감한 구조가 되어 제품성능을 향상할 수 있다.

Description

광주사 광학 장치{Optical scanning apparatus}

본 발명은 주사광학장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주사렌즈의 제작시 제작환경에 의한 영향을 적게 받아 가공성이 우수하고 외부 환경 변화에 둔감하도록 구조가 개선된 주사렌즈를 갖는 주사광학장치에 관한 것이다.

주사광학장치는 레이저빔 프린터나 디지탈 복사기에 채용되어 감광벨트와 같은 감광 매체에 예컨대, 레이저 광을 주사하여 정전잠상을 형성하는 장치이다. 특히, 흑백 인쇄에서 칼라 인쇄로의 수요가 증대되면서 칼라 프린터에 채용되는 스캐닝 장치에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 칼라 레이저 프린터에서는 스캐닝 장치가 예를 들어, Y(yellow), M(magenta), C(cyan), BK(black)의 4색에 대하여 각각 구비되어 있다.

도 1을 참조하면, 일반적인 주사광학장치는 광원(100)과, 모터(미도시)에 의해 회전되어 상기 광원(100)으로부터의 광을 반사시키는 편향수단(105)과, 이 편향수단(105)에 의해 반사된 광이 감광 매체 예컨대, 감광 드럼(110) 상의 스캐닝 라인(118)에 각각 적당한 스폿을 형성하도록 하는 주사렌즈(115)를 포함한다. 여기서 상기 광원(100)을 온-오프 제어함으로써 상기 감광 드럼(110)에 소정의 상이 정전잠상으로 형성된다.

한편, 상기 광원(100)과 편향수단(105) 사이의 광경로 상에는, 입사광을 평행광으로 변환시키는 콜리메이팅 렌즈(122)와, 슬릿(130)과, 상기 슬릿(130)을 통과한 광(120)을 주주사 방향으로는 평행빔 그대로, 부주사 방향으로는 수렴하는 빔이 되도록 하여 상기 편향수단(105)의 반사면(105a)에 선형의 상이 형성되도록 하는 실린드리컬 렌즈(135)가 각각 배치되어 있다.

상기와 같이 구성된 주사광학장치는 화상신호에 따라 광원(100)에서 광변조되어 방사되는 광속을 상기 콜리메이팅 렌즈(122)로 평행광속 또는 수렴광속으로 만들고, 이 평행광을 실린드리컬 렌즈(135)를 이용해 편향수단(105)으로 보낸다. 그리고 상기 편향수단(105)에 의해 편향된 광속을 주사렌즈(115)에 의해 집속시켜 상기 감광 매체(110)의 스캐닝라인(118) 중 어느 한 지점에 스폿이 형성되도록 한다.

이러한 주사광학장치에서는 상기 주사렌즈(115)가 가장 중요하고 광학성능을 발휘하는데 가장 중요한 역할을 하는 핵심부품으로 제작하기가 매우 어렵다. 일반적으로 주사렌즈(115)는 1매 구성이나 또는 2매 구성으로 된다.

여기서, 도 2를 참조하여 상기 주사렌즈(115)의 구조를 보면 광학면이 대부분 자유곡면으로 되어 있고, 주사중심에서의 렌즈두께(l)가 주사 가장자리에서의 두께(n)에 비해 2-2.5배 두꺼운 구조로 되어 있다. 이러한 구조의 주사렌즈(115)는 대부분 정밀 금형가공과 플라스틱 재료를 이용한 정밀사출성형하여 제작되는데 상기 주사렌즈(115)의 구조가 회전 대칭이 아니므로 광학적 성능을 가질 수 있도록 정밀 제작하는데 어려움이 있으며, 특히 주사 가장자리 부분을 정밀하게 제어하여 제작하는데 큰 어려움이 있다.

또한, 주사렌즈(115)가 자유곡면이면서 주주사방향 길이(m)와 두께방향 길이(n)의 차이가 크고 또한 주사 중심에서의 두께(d1)와 가장자리에서의 두께(d2)차가 클수록 정밀제작시 각 주사위치에서 받는 압력 차이로 인해 복굴절, 내부 응력 등의 효과가 크게 나타나 가공 조건을 악화시키고 렌즈성능을 저하시킨다. 더욱이, 상기와 같은 주사렌즈의 구조는 열특성, 습도, 온도 등의 외부 환경 변화에 의해서도 쉽게 영향을 받아 정밀 제작시 뿐만 아니라 일반 사용 환경에서도 쉽게 변형되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 주사렌즈의 주사가장자리에서의 두께에 대한 주사중심에서의 두께의 비를 감소시켜 렌즈 제작시 또는 사용시 제작 환경이나 외부 환경에 의해 영향을 적게 받도록 구조가 개선된 주사광학장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 주사광학장치의 광학 배치도,

도 2는 종래의 주사광학장치의 주사렌즈의 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 주사광학장치의 광학 배치도,

도 4는 본 발명에 따른 주사광학장치의 주사렌즈의 평면도,

도 5는 본 발명에 따른 주사광학장치의 주주사방향 길이에 대한 스캔 리니어러티를 도시한 그래프,

도 6은 본 발명에 따른 주사광학장치의 주주사방향 길이에 대한 주사렌즈의 두께 변화를 도시한 그래프.

<도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명>

10...광원 15...콜리메이팅 렌즈

20...실린드리컬 렌즈 25...편향수단

30...주사렌즈 Tc...주사렌즈 중심 두께

Ts...주사렌즈 가장자리 두께 X...부주사 방향

Y...주주사 방향 Z...광축 방향

SL...주주사방향 길이

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 주사광학장치는, 광을 조사하는 광원과, 모터에 의해 회전되어 상기 광원으로부터의 광을 반사시키는 편향수단과, 이 편향수단에 의해 반사된 광이 감광 매체상의 스캐닝 라인에 각각 적당한 스폿을 형성하도록 하는 주사렌즈를 포함하는 주사광학장치에 있어서, 상기 주사렌즈는 주사렌즈 중심에서의 두께 Tc와 주사렌즈 가장자리에서의 두께 Ts의 비가 다음 조건식을 만족하는 것을 특징으로 한다.

<조건식>

또한, 상기 주사렌즈는, 주주사방향 길이(SL)가 SL < 60 인 것을 만족하는 것을 특징으로 한다

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주사광학장치에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 주사광학장치는 광을 조사하는 광원(10)과, 모터(미도시)에 의해 회전되어 상기 광원(10)으로부터의 광을 반사시키는 편향수단(25)과, 이 편향수단(25)에 의해 반사된 광이 감광 매체(40)상의 스캐닝 라인(35)에 각각 적당한 스폿을 형성하도록 하는 주사렌즈(30)를 포함한다. 여기서, Z방향은 광축방향을, Y방향은 주주사방향을, X방향은 주주사방향에 직각인 부주사방향을 가리킨다. 또한, 도면부호 15는 콜리메이팅 렌즈를, 20은 실린드리컬 렌즈를 각각 나타낸다.

상기 주사렌즈(30)는 상기 주사렌즈(30)의 주사중심에서의 두께(Tc)가 주사렌즈(30)의 주사 가장자리에서의 두께(Ts)에 대해 1.5배 이하로 구성된다. 이를 관계식으로 나타내면 다음과 같다.

또한, 더욱 바람직하게는 상기 주사렌즈(30)의 주주사방향 길이(SL)가 60mm보다 작게 구성된다. 한편, 상기 주사렌즈(30)의 주주사방향(Y방향)에서의 광축상의 곡률반경을 R, 원추정수를 K, 비구면 계수를 A2, A3, A4.... 라 할 때 하기의수학식이 성립한다.

여기서, x,y,z는 각각 부주사 방향, 주주사 방향 및 광축 방향으로의 위치를 나타낸다. 또한, 주사렌즈(30)의 부주사방향(X방향)에서의 광축상 곡률반경을 r, 비구면계수를 B2, B3, B4...라 할 때 부주사방향으로의 형상 r'는 하기의 수학식이 성립한다.

이때, 상기 주사렌즈(30)의 주주사방향 곡률은 입사면(S1) 및 출사면(S2) 모두 양(+)의 형상을 가지고 있으며, 부주사방향 곡률은 입사면(S1), 출사면(S2) 모두 음(-)의 형상을 가진다.

다음은 이상과 같은 구조로 된 주사렌즈(30)의 일실시예를 나타낸 것이다.

<실시예 1>

사용 파장( λ) : 780 (nm)

회전다면경에서 주사렌즈까지의 거리(d1) : 28.5 (mm)

주사렌즈의 중심두께(d2) : 11 (mm)

주사렌즈에서 피주사면까지의 거리(d3) : 134 (mm)

주사렌즈의 형상

제1면(입사면) R : 65.732

Ku : -27.832 Kd : -27.966

A4u : -3.7574 E-6 A4d : -3.6686 E-6

A6u : 2.5386 E-9 A6d : 1.8003 E-9

A8u : -2.5319 E-12 A8d : -3.0273 E-12

A10u : 7.8953 E-16 A10d : 1.3467 E-15

r : -30.950

제2면(출사면) R : 201.900

Ku : -328.900 Kd : -254.800

A4u : -5.1489 E-6 A4d : -5.4541 E-6

A6u : 2.7446 E-9 A6d : 3.2485 E-9

A8u : -1.7389 E-12 A8d : -2.7156 E-12

A10u : 1.7860 E-16 A10d : 4.8625 E-16

r = -11.991

B3u : 1.0001 E-4 B3d : 1.5687 E-4

B4u : -1.3616 E-5 B4d : -2.1503 E-5

B5u : 8.6104 E-7 B5d : 1.3543 E-6

B6u : -2.9992 E-8 B6d : -4.6998 E-8

B7u : 5.4146 E-10 B7d : 8.5745 E-10

B8u : -3.9688 E-12 B8d : -6.4715 E-12

상기 실시예 1에서 상기 주사렌즈(30)의 부주사방향 곡률은 주주사방향으로 렌즈의 길이가 변화함에 따라 연속적으로 변화한다. 한편, 상기 주사렌즈(30)는 플라스틱 재질의 자유곡면 렌즈로 0.1% 이하의 f-θ특성 즉, 스캔 리니어리티(linearity)를 만족하며, 피주사면에서의 수차성능은 파면수차(RMS 파면 에러)가 0.03 웨이브 이내의 성능을 만족하고 있어 적어도 600dpi 이상의 광학성능을 만족하고 있다. 이에 대해 실험한 결과가 도 5에 도시되어 있다. 여기에서 수평축은 주주사방향으로의 길이를 나타내며, 세로축은 광스폿이 피주사면에 맺혔을 때의 f-θ특성을 나타낸다. 이 그래프를 보면 f-θ특성이 0.1% 이하로 나타나고 있으며 f-θ특성이 우수함을 알 수 있다.

또한, 도 6은 주주사방향 길이에 대한 주사렌즈(30)의 두께 변화를 도시한 것으로서, 상기 주사렌즈(30)의 주주사방향(X방향)으로 최대 사용 길이를 60mm 이내로 한 것이다. 이때, 주사렌즈(30)의 가장자리두께에 대한 중심두께의 비가 대략1.4정도이다. 따라서, 이와 같이 구성된 주사렌즈(30)는 그 구조가 매우 콤팩트하고 금형 가공 및 렌즈 제작에 매우 유리하며, 습도, 온도 등의 외부환경 변화에도 매우 둔감한 구조를 갖는다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 주사광학장치는 주사렌즈가 1매로 구성되고 광학면이 자유곡면형상이며, 주사렌즈의 주사중심에서의 두께가 주사가장자리에서의 두께에 대해 1.5배 이하인 구조로 되어 있어 주사렌즈 제작시 각 주사위치에서 받는 압력 차이가 기존에 비해 현저히 적어지므로 자유곡면 형상인 광학면을 정밀하게 제어할 수 있으며, 복굴절, 내부응력의 효과도 최소한으로 줄일 수 있어 가격 경쟁력을 제고할 수 있을 뿐 아니라, 열특성, 습도, 온도 등의 환경 변화에도 둔감한 구조가 되어 제품성능을 향상할 수 있다.

Claims

광을 조사하는 광원과, 모터에 의해 회전되어 상기 광원으로부터의 광을 반사시키는 편향수단과, 이 편향수단에 의해 반사된 광이 감광 매체상의 스캐닝 라인에 각각 적당한 스폿을 형성하도록 하는 주사렌즈를 포함하는 주사광학장치에 있어서,

상기 주사렌즈는 주사렌즈 중심에서의 두께 Tc와 주사렌즈 가장자리에서의 두께 Ts의 비가 다음 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 주사광학장치.

<조건식>
제 1항에 있어서, 상기 주사렌즈는,

주주사방향 길이(SL)가 SL < 60 인 것을 만족하는 것을 특징으로 하는 주사광학장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 주사렌즈의 부주사방향 곡률은 주주사방향으로 렌즈의 길이가 변화함에 따라 연속적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 주사광학장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 주사렌즈는 플라스틱 성형에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는 주사광학장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 주사렌즈는,

주사렌즈의 주주사방향 곡률은 입사면 및 출사면이 (+)형성을 가지며, 부주사방향 곡률은 입사면 및 출사면이 (-)형상을 가지도록 된 것을 특징으로 하는 주사광학장치.