KR20050114414A - 에프-세타 렌즈 성형장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

에프-세타 렌즈의 유효 경면부를 동일한 압력으로 성형하여 성형 정밀도가 향상될 수 있도록 함과 아울러 연속 성형 공정으로 성형 속도를 향상시킬 수 있도록 된 에프-세타 렌즈 성형장치 및 방법에 관한 것이다.

개시된 에프-세타 렌즈 성형장치는, 고온의 액상 수지를 연속적으로 압출시키는 압출기와; 압출기에서 출사된 액상 수지가 냉각되면서 통과되는 소정 형상의 성형홈을 구비한 성형다이와; 성형다이에 대해 승강 및 회전 가능하게 설치되어, 성형다이를 통과하는 수지의 통과 위치에 따라 높낮이를 달리하면서 가압하여 소망하는 에프-세타 렌즈 형상으로 수지를 성형하는 제1성형 가압롤러와; 성형된 수지를 소정 크기로 절단하는 절단기;를 포함하여, 복수의 에프-세타 렌즈를 연속적으로 성형할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

또한, 개시된 에프-세타 렌즈 성형방법은, 고온의 액상 수지를 연속적으로 압출하는 단계와; 압출된 수지의 통과위치에 따라 높낮이를 바꾸어 가면서 수지를 성형하는 단계와; 성형된 수지를 소정 크기로 절단하는 단계;를 포함하여, 복수의 에프-세타 렌즈를 연속적으로 성형할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

Description

에프-세타 렌즈 성형장치 및 방법{Apparatus and method for molding f-θlens}

본 발명은 적어도 일면이 곡면으로 된 에프-세타(f-θ) 렌즈를 성형하는 에프-세타 렌즈 성형장치 및 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 에프-세타 렌즈의 유효 경면부를 동일한 압력으로 성형하여 성형 정밀도가 향상될 수 있도록 함과 아울러 연속 성형 공정으로 성형 속도를 향상시킬 수 있도록 된 에프-세타 렌즈 성형장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 에프-세타 렌즈는 광주사장치 등에 채용되어 입사된 빔을 집속시키고 수차를 보정하여 피노광체 상에 맺히도록 한다. 이 에프-세타 렌즈는 적어도 일면 즉, 입광면 및/또는 출광면이 곡률 형상을 가진다.

광주사장치는 레이저 프린터, 디지털 복사기, 팩시밀리 등의 기기에 채용되는 것으로, 빔편향기에 의한 주주사와, 피노광체의 회전에 의한 부주사를 통하여 피노광체에 대해 잠상(latent image)을 형성한다.

도 1을 참조하면, 종래의 광주사장치는 빔을 생성 조사하는 광원(1)과, 이 광원(1)에서 출사된 빔이 피노광체(15)에 주주사(main scanning) 되도록 입사빔을 편향시키는 빔편향기(7)와, 이 빔편향기(7)에서 편향되는 빔에 포함된 광학수차를 보정하는 에프-세타 렌즈(11)를 포함한다. 또한, 광원(1)과 상기 빔편향기(7) 사이의 광로 상에는 광원(1)에서 조사된 발산빔을 집속시켜 평행광이 되도록 하는 콜리메이팅렌즈(3)와, 이 평행광을 정형하는 실린더렌즈(5)가 더 구비되어 있다.

상기 에프-세타 렌즈(11)로서, 2매 내지 3매의 유리 가공렌즈가 사용되어 왔으나, 최근들어 저가화 추세에 따라 1매의 플라스틱 재질로 대체되고 있다.

플라스틱 재질로 구성되는 경우는 도 2에 도시된 바와 같은 구조의 성형장치를 통하여 고온의 액상의 플라스틱 수지를 금형 내에 압입 충전한 후 이를 냉각하여 성형한다.

도 2를 참조하면, 종래의 실린더렌즈 성형장치는 고온의 액상 수지를 주입하는 압출기(21)와, 이 압출기(21)에서 토출된 수지를 공급 받아 에프-세타 렌즈(12)를 성형하는 금형(25)을 포함한다.

상기 금형(25)은 2개의 부품으로 구성되는 것으로, 그 내부에 성형하고자 하는 에프-세타 렌즈(12)에 대응되는 형상을 가지는 하나 또는 복수의 성형공간(26)과, 상기 압출기(21)에서 사출된 수지가 상기 성형공간(26)에 주입되도록 하는 주입경로(27)를 가진다. 따라서 주입경로(27)를 통하여 성형공간(26)에 주입되는 수지(23)는 상기 성형공간(26)의 형상에 대응되는 외형을 유지한 채로 냉각되면서, 에프-세타 렌즈(11')가 된다. 이와 같이 성형된 에프-세타 렌즈(12)는 주입경로(27)에 대응되는 부분을 절단함에 의하여, 도 3에 도시된 바와 같이 게이트(12a)를 가지는 구조의 에프-세타 렌즈(11')가 된다. 상기 게이트(12a)는 상기 에프-세타 렌즈(11)의 측벽에 돌출 형성된 것으로, 상기 주입경로(27)와 성형공간(26) 사이의 경계 부분에 대응되는 부분이다.

한편, 상기한 바와 같이 구성된 에프-세타 렌즈(12)는 상기 게이트(12a)가 형성된 쪽으로부터 그 반대쪽으로 수지(23)를 주입함으로써, 성형됨에 의하여 압력 차이 및 곡률 반경의 차이가 발생되는 문제점이 있다.

도 3은 도 2의 성형장치에 의해 성형된 에프-세타 렌즈와, 이 에프-세타 렌즈의 각 부분별 굴절률 분포를 보인 개략적인 도면이다. 도 3을 참조하면, 주입 경로를 통하여 게이트(12a) 쪽에서 그 반대편 쪽으로 수지가 주입되므로, 그 길이방향(x축 방향)으로 압력 차이가 발생된다. 즉, 게이트(12a) 쪽의 압력이 높고, 그 반대편 쪽으로 갈수록 압력이 점점 낮아짐을 알 수 있다. 이와 같은 사출 압력의 차이로 인하여, 굴절률의 중심과 에프-세타 렌즈 중심 사이에 △X의 편차가 발생된다. 즉, 성형이 완료된 후 게이트(12a)측의 내부 굴절률과 그 반대측의 내부 굴절률의 차가 커지게 된다.

따라서, 게이트(12a) 반대측의 굴절률 구배가 게이트(12a)측에 비하여 더 커지게 되어, 게이트(12a) 반대측의 초점거리가 게이트(12a)측에 비하여 더 길어지게 됨으로써, 광주사장치의 성능에 나쁜 영향을 주게 되는 문제점이 있다. 또한, 비연속적으로 에프-세타 렌즈(12)를 성형 제조함으로써, 생산성이 떨어지는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 에프-세타 렌즈의 유효 경면부를 동일한 압력으로 성형하여 성형 정밀도가 향상될 수 있도록 함과 아울러 연속 성형 공정으로 성형 속도를 향상시킬 수 있도록 된 에프-세타 렌즈 성형장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 적어도 일면이 곡면으로 된 에프-세타 렌즈를 성형하는 에프-세타 렌즈 성형장치에 있어서, 고온의 액상 수지를 연속적으로 압출시키는 압출기와; 상기 압출기에서 출사된 액상 수지가 냉각되면서 통과되는 소정 형상의 성형홈을 구비한 성형다이와; 상기 성형다이에 대해 승강 및 회전 가능하게 설치되어, 상기 성형다이를 통과하는 수지의 통과 위치에 따라 높낮이를 달리하면서 가압하여 소망하는 에프-세타 렌즈 형상으로 수지를 성형하는 제1성형 가압롤러와; 성형된 수지를 소정 크기로 절단하는 절단기;를 포함하여, 복수의 에프-세타 렌즈를 연속적으로 성형할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 적어도 일면이 곡면으로 된 에프-세타 렌즈를 성형하는 에프-세타 렌즈 성형 방법은, 고온의 액상 수지를 연속적으로 압출하는 단계와; 승강 가능하게 배치된 제1가압 성형롤러를 준비하고, 압출된 수지의 통과위치에 따라 높낮이를 바꾸어 가면서 일차적으로 성형하는 단계와; 승강 가능하게 배치된 제2가압 성형롤러를 준비하고, 일차적으로 성형된 수지를 재차 성형하는 단계와; 재차 성형된 수지를 소정 크기로 절단하는 단계;를 포함하여, 복수의 에프-세타 렌즈를 연속적으로 성형할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에프-세타 렌즈 성형장치 및 방법을 상세히 설명하기로 한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 에프-세타 렌즈 성형장치는 압출기(30)와, 일차적으로 성형하는 성형다이(40) 및 제1성형 가압롤러(50) 및, 절단기(70)를 포함한다.

상기 압출기(30)는 고온의 액상 수지(37)를 연속적으로 압출시키는 것으로, 하우징(31)과, 이 하우징(31) 내부에 액상 수지를 주입하는 주입부(33) 및 상기 하우징(31) 내부에 회전 가능하게 설치되어 주입된 수지를 상기 성형다이(40) 쪽으로 출사하는 공급부(35)를 포함한다.

상기 성형다이(40)는 상기 압출기(30)에서 출사된 액상 수지(37)가 냉각되면서 통과되는 소정 형상의 성형홈(41)을 구비한다. 도 5를 참조하면, 상기 성형홈(41)은 성형될 에프-세타 렌즈의 외형 특히, 평행 사이의 너비에 대응되는 폭을 가지는 것으로, 상기 성형다이(40) 내부를 관통하여 형성된다. 따라서, 상기 성형홈(41)의 일단부를 통하여 주입된 수지는 성형홈(41)에 대응되는 형상을 유지한 채로, 타단부로 향하면서 냉각되어 에프-세타 렌즈(100)에 대응되는 형상으로 일차적으로 성형된다.

상기 제1성형 가압롤러(50)는 상기 성형다이(40)에 대해 승강 및 회전 가능하게 설치된다. 이 제1성형 가압롤러(50)는 상기 성형홈(41)을 통과하는 수지(37)의 통과 위치에 따라 높낮이를 달리하면서 가압하여, 곡면부에 대응되는 부분을 성형한다.

도 5를 참조하면, 상기 제1성형 가압롤러(50)는 제1 및 제2성형롤러(51)(55)를 포함한다. 상기 제1성형롤러(51)는 회전 가능하게 설치된 것으로, 그 외주면에는 에프-세타 렌즈(100)의 제1곡면(101)에 대응되는 제1인입홈(51a)이 형성되어 있다. 상기 제2성형롤러(55)는 상기 제1성형롤러(51)에 대해 소정 간격 이격 배치된 상태로 회전 가능하게 설치되는 것으로, 그 외주면에는 상기 에프-세타 렌즈(100)의 제2곡면(103)에 대응되는 제2인입홈(55a)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 제1 및/또는 제2성형롤러(51)(55)는 화살표 방향으로 승강 가능하게 상기 성형다이(40)에 설치되어, 성형 수행시 그 회전축을 중심으로 회전됨과 아울러 승강되면서 그 내부 공간으로 주입된 수지(37)를 성형하고자 하는 에프-세타 렌즈(100)의 곡률에 대응되는 형상으로 성형한다.

여기서, 상기 제1 및/또는 제2성형롤러(51)(55)는 하기의 수학식 1 및 2로 표현된 함수를 만족하도록 제1 및 제2인입홈(51a)(55a)의 곡면이 형성되고, 승강 운동한다. 즉, 에프-세타 렌즈(100)는 그 길이방향을 y라 할 때, 이 길이방향 y에 따라 수직방향의 곡률 r과 두께 z₀가 달라지도록 설계되어, 수학식 1과 같은 함수 형태를 가진다.

그리고, 상기 제1 및 제2성형롤러(51)(55) 가공시 그 곡률 반경 r은 반경 방향 각 θ의 함수로 되고, 수학식 2의 관계를 만족한다.

따라서, 상기 제1 및 제2성형롤러(51)(55)는 상기 수학식 1 및 2를 토대로, 그 각도에 따라 반경 방향 각 θ에 따라 곡률반경 r이 달라지게 가공된다. 상기한 바와 같이 가공된 제1 및 제2성형롤러(51)(55)를 z₀에 따라 승강시킴으로써, 소망하는 에프-세타 렌즈(100)를 성형할 수 있다.

여기서, 상기 제1 및/또는 제2성형롤러(51)(55)의 승강 운동은 캠구동기구 등에 의해 구현 가능한 것으로, 그 구성 자체는 널리 알려져 있으므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 성형다이(40)에서 연속적으로 압출되는 고화된 수지는 에프-세타 렌즈형상을 가지게 되고, 온도가 낮아지면서 수축하게 된다.

이때, 에프-세타 렌즈의 성형 정밀도를 높이기 위하여, 본 발명은 상기 성형다이(40)와 상기 절단기(60) 사이에 제2성형 가압롤러(60)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제2성형 가압롤러(60)는 상기 제1성형 가압롤러(50)에 의해 성형된 수지를 가압하여 재차 성형한다.

도 4 및 도 6을 참조하면, 상기 제2성형 가압롤러(60)는 상호 마주하게 배치되며, 각각 회전 가능하게 설치된 제3 및 제4성형롤러(61)(65)를 포함한다.

상기 제3 및 제4성형롤러(61)(65) 각각의 외주면에는 에프-세타 렌즈(100)의 제1 및 제2곡면(101)(103) 각각에 대응되는 제3 및 제4인입홈(61a)(65a)이 각각 형성되어 있다. 상기 제1 및/또는 제2성형롤러(61)(65)는 화살표 방향으로 승강 가능하게 설치되어, 성형 수행시 그 회전축을 중심으로 회전됨과 동시에 승강되면서 상기 성형다이(40) 및 상기 제1성형 가압롤러(50)에 의해 일차적으로 성형된 수지(37)를 재차 성형한다. 이와 같이, 제2성형 가압롤러(60)를 더 구비하여 재차 성형함으로써, 그 가공 정밀도를 높일 수 있다.

특히, 상기 제2성형 가압롤러(60)의 표면 온도를 유리 천이 온도로 근처 값으로 설정하는 경우, 성형되는 렌즈의 전사성을 향상시킬 수 있다.

여기서, 상기 제3 및/또는 제4성형롤러(61)(65)의 승강 운동은 제1 및/또는 제2성형롤러(51)(55)와 마찬가지로 캠구동기구 등에 의해 구현 가능한 것으로, 그 자세한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 제3 및 제4인입홈(61a)(65a)의 형상 및 승강 운동은 수학식 1 및 2를 토대로 설명된 바와 같은 방식으로 설정된다.

상기 절단기(70)는 상기 가압 성형롤러(50)를 통과하면서 성형이 완료된 수지(37')를 소정 크기로 절단한다. 따라서, 상기한 성형장치를 이용하여 에프-세타 렌즈(100)를 성형하는 경우, 복수의 에프-세타 렌즈(100)를 연속적으로 완성할 수 있다. 여기서, 상기 제2가압 성형롤러(60)에서 절단기(70) 사이의 거리 및 그 구간의 온도를 조절함에 의하여, 재차 성형된 수지(37')의 냉각 속도를 조절하는 것이 가능하다.

이하, 상기한 성형장치를 이용한 성형방법을 살펴보기로 한다. 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 성형 방법은 압출 단계와, 일차 성형 단계와, 재차 성형 단계 및 재차 성형된 수지를 각 에프-세타 렌즈에 맞는 크기로 절단하는 단계를 포함한다. 상기 압출 단계는 상기 압출기(30)를 통하여 고온의 액상 수지(37)를 상기 성형다이(40) 쪽으로 연속적으로 압출한다.

일차 성형단계는 압출된 수지를 성형홈(41)를 통과시키면서 제1 및 제2성형롤러(51)(55)를 포함하는 제1가압 성형롤러(50)를 회전 및 승강시킴으로써, 에프-세타 렌즈에 대응되는 형상으로 일차 성형하는 과정 및 냉각하는 과정으로 이루어진다.

재차 성형단계는 소정 간격 이격 배치된 제3 및 제4성형롤러(61)(65)를 포함하는 제2가압 성형롤러(60)에 의해 수행된다. 즉, 제3 및 제4성형롤러(61)(65) 사이에 마련된 공간은 가공 후 에프-세타 렌즈(100)에 대응되는 형상을 가지며, 이 공간에서의 가압력에 의해 수지(37')가 재차 성형된다. 이어서, 절단단계를 통하여 에프-세타 렌즈(100)에 맞는 크기로 절단함으로써, 연속적으로 에프-세타 렌즈(100)를 성형할 수 있다.

상기한 바와 같이 완성된 에프-세타 렌즈(100)는 그 성형 공정 상의 차이점으로 인하여, 종래의 에프-세타 렌즈와는 달리 게이트(도 3의 12a)를 가지지 않는다. 또한, 수지를 이송하는 방식으로 에프-세타 렌즈(100)를 성형함으로써, 각 에프-세타 렌즈(100)의 길이방향으로의 압력이 일정하게 유지할 수 있다. 즉, 도 7을 참조하면, 이송 방향에 의하여 에프-세타 렌즈(100)를 성형하므로, 이송방향과 같은 방향의 길이방향(x축 방향)으로 압출 압력이 일정하다. 따라서, 상기 에프-세타 렌즈(100)의 굴절률 분포도 그 중심을 기준으로 대칭을 이루게 된다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 에프-세타 렌즈 성형장치 및 방법은 연속적으로 성형 공정을 수행하므로, 비연속적 성형장치에 비하여 각 에프-세타 렌즈의 성형 시간을 대폭 단축할 수 있다. 예를 들어, 1 미크론 이하의 정밀도를 유지하면서 두께가 15mm, 길이가 100mm 정도인 에프-세타 렌즈를 성형하는 경우, 종래의 비연속식 사출 성형 방식에 의하는 경우 대략 300초 정도의 사출 시간이 필요하다. 반면, 본 발명에 따른 성형장치의 경우 수지를 1 mm/sec의 성형속도로 성형할 경우 300초 동안 대략 3개 정도의 에프-세타 렌즈를 성형할 수 있어서, 생산성을 3배 정도 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 에프-세타 렌즈 성형장치 및 방법은 에프-세타 렌즈 전체에 대해 균일한 압력을 가하면서 가공하므로, 곡률 반경을 일정하게 유지할 수 있어서, 광학적 성능을 향상시킬 수 있다. 그리고, 가압 성형롤러에서 절단기 사이의 구간의 온도를 조절하여 냉각 속도를 조절함으로써, 급속한 냉각에 의해 발생하는 잔류응력, 내부 굴절률 불균일, 성형 불량을 방지할 수 있다.

도 1은 일반적인 레이저 주사장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 사시도.

도 2는 종래의 에프-세타 렌즈 성형장치를 보인 개략적인 단면도.

도 3은 도 2의 성형장치에 의해 성형된 에프-세타 렌즈와, 이 에프-세타 렌즈의 각 부분별 굴절률 분포를 보인 개략적인 도면.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에프-세타 렌즈 성형장치를 보인 개략적인 단면도.

도 5는 도 4의 성형 다이 및 제1성형 가압롤러를 보인 개략적인 단면도.

도 6은 도 4의 제2성형 가압롤러를 보인 정면도.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 에프-세타 렌즈 성형장치에 의해 성형된 에프-세타 렌즈와, 이 에프-세타 렌즈의 각 부분별 곡률 반경 편차를 보인 개략적인 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

30...압출기 31...하우징

33...주입부 35...공급부

40...성형다이 41...성형홈

50...제1가압 성형롤러 51...제1성형롤러

55...제2성형롤러 60...제2가압 성형롤러

61...제3성형롤러 65...제2성형롤러

70...절단기 100...에프-세타 렌즈

Claims (5)

1. 적어도 일면이 곡면으로 된 에프-세타 렌즈를 성형하는 에프-세타 렌즈 성형장치에 있어서,

   고온의 액상 수지를 연속적으로 압출시키는 압출기와;

   상기 압출기에서 출사된 액상 수지가 냉각되면서 통과되는 소정 형상의 성형홈을 구비한 성형다이와;

   상기 성형다이에 대해 승강 및 회전 가능하게 설치되어, 상기 성형다이를 통과하는 수지의 통과 위치에 따라 높낮이를 달리하면서 가압하여 소망하는 에프-세타 렌즈 형상으로 수지를 성형하는 제1성형 가압롤러와;

   성형된 수지를 소정 크기로 절단하는 절단기;를 포함하여, 복수의 에프-세타 렌즈를 연속적으로 성형할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 에프-세타 렌즈 성형장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1성형 가압롤러는,

   상기 성형다이에 회전 및 승강 가능하게 설치되는 것으로, 그 외주면에 에프-세타 렌즈의 곡면에 대응되는 인입홈이 형성된 제1성형롤러와;

   상기 제1성형롤러에 대해 소정 간격 이격 배치된 상태로 상기 성형다이에 회전 및 승강 가능하게 설치된 제2성형롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에프-세타 렌즈 성형장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 성형다이와 상기 절단기 사이에 배치되어, 상기 제1성형 가압롤러에 의해 성형된 수지를 가압하여 재차 성형하는 제2성형 가압롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에프-세타 렌즈 성형장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제2성형 가압롤러는,

   회전 및 승강 가능하게 설치되는 것으로, 그 외주면에 에프-세타 렌즈의 곡면에 대응되는 인입홈이 형성된 제3성형롤러와;

   상기 제3성형롤러에 대해 소정 간격 이격 배치된 상태로 회전 및 승강 가능하게 설치된 제4성형롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에프-세타 렌즈 성형장치.
5. 적어도 일면이 곡면으로 된 에프-세타 렌즈를 성형하는 에프-세타 렌즈 성형 방법에 있어서,

   고온의 액상 수지를 연속적으로 압출하는 단계와;

   승강 가능하게 배치된 제1가압 성형롤러를 준비하고, 압출된 수지의 통과위치에 따라 높낮이를 바꾸어 가면서 일차적으로 성형하는 단계와;

   승강 가능하게 배치된 제2가압 성형롤러를 준비하고, 일차적으로 성형된 수지를 재차 성형하는 단계와;

   재차 성형된 수지를 소정 크기로 절단하는 단계;를 포함하여, 복수의 에프-세타 렌즈를 연속적으로 성형할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 에프-세타 렌즈 성형방법.