KR20010062227A

KR20010062227A - 다중 비임 주사 광 시스템 및 이를 사용하는 화상 형성 장치

Info

Publication number: KR20010062227A
Application number: KR1020000074426A
Authority: KR
Inventors: 이시베요시히로
Original assignee: 미다라이 후지오; 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 2000-12-08
Publication date: 2001-07-07
Also published as: JP2001228422A; EP1107038B1; US6489982B2; KR100384431B1; US20010015747A1; JP3397765B2; EP1107038A2; EP1107038A3; DE60045655D1

Abstract

본 발명은, 어떤 복잡한 조정도 필요로 하지 않으면서 다수의 광원으로부터의 광 비임들의 화상 위치들 사이의 에러를 효과적으로 감소시킴으로써 고속에서 높은 품질의 화상을 얻을 수 있는 다중 비임 광 시스템 및 이를 사용하는 화상 형성 장치에 관한 것이다. 다수의 광원을 갖는 광원 수단으로부터 방사된 다수의 발산광 비임을 실질적으로 평행한 광 비임 또는 수렴광 비임으로 변환시키기 위한 제1 광 시스템과, 실질적으로 평행한 광 비임 또는 수렴광 비임으로 변환된 광 비임을 주주사 방향으로 긴 선형 화상으로 형성하기 위한 제2 광 시스템과, 주주사 방향에서의 다수의 입사광 비임을 반사/편향시키기 위한 편향기와, 입사광 비임의 폭을 제한하기 위한 정지부와, 편향기에 의해 반사/편향된 다수의 광 비임을 주사 표면 상에 화상으로 형성하고 편향 표면과 주사 표면을 부주사 방향에서 서로 실질적으로 결합시키기 위한 제3 광 시스템을 포함하는 다중 비임 광 시스템에서, 각각의 요소는 조건식 1을 만족하도록 설정된다.

Description

다중 비임 주사 광 시스템 및 이를 사용하는 화상 형성 장치 {MULTI-BEAM SCANNING OPTICAL SYSTEM AND IMAGE FORMING APPARATUS USING THE SAME}

본 발명은 다중 비임 주사 광 시스템 및 이를 사용하는 화상 형성 장치에 관한 것으로, 특히 예를 들어 레이저 비임 프린터 또는 디지털 복사기 등의 임의의 단색 화상 및 칼라 화상에 적용가능한 화상 형성 장치에 적합하게 사용되고, 다수의 광원을 구비한 광원 수단을 사용함으로써 높은 작동 속도 및 높은 기록 밀도를 얻을 수 있는 다중 비임 주사 광 시스템에 관한 것이다.

도7은 종래의 다중 비임 주사 광 시스템의 주요부를 도시한 (주주사 방향) 단면도이다.

도7에서, 다수의 광원(발광 유닛)을 갖는 다중 비임 반도체 레이저(다중 광원; 71)로부터 방사된 다수의 광 비임은 시준 렌즈(72)에 의해 실질적으로 평행한 광 비임 또는 다수의 수렴광 비임으로 변환되고, 광 비임은 이의 단면적이 구경 정지부(73)에 의해 제한된 상태에서 원통 렌즈(74)에 충돌한다. 물론, 광 비임은 주주사 단면에서 어떠한 변화도 없이 원통 렌즈(74) 상에 입사된다. 부주사 단면에서, 광 비임은 수렴되어서 광 편향기(75)의 편향 표면(반사 표면; 76a) 상에 거의 직선인 화상(주주사 방향으로 길게 된)으로 형성된다. 시준 렌즈(72), 구경 정지부(73) 및 원통 렌즈(74) 등의 각각은 입사 광 시스템의 한 요소를 형성한다는 것을 알 수 있다. 광 편향기(75)의 편향 표면(75a)에 의해 반사/편향된 다수의 광비임은 화상 광 시스템(f-θ 렌즈 시스템; 76)에 의해 감광 드럼 표면(77) 상에 스폿들로서 형성된다. 광 편향기(75)를 화살표 A로 도시된 방향으로 회전시킴으로써, 이들 광 비임은 화살표 B로 도시된 방향(주주사 방향)으로 일정 속도로 감광 드럼 표면(77) 상에 주사된다. 이러한 작동에 의해서, 화상은 기록 매체로서 기능하는 감광 드럼(77) 상에 기록된다.

이러한 다중 비임 주사 광 시스템에서는, 화상의 기록 위치를 정확하게 제어하기 위하여 기록 위치 동기 신호 검출 수단을 일반적으로 화상 신호 기록 위치 바로 앞에 배열시킨다.

도7에서, 절곡 미러(BD 미러; 78)는 감광 드럼 표면(77) 상의 주사 개시 위치에서 타이밍을 조절하기 위한 기록 위치 동기 신호를 검출하기 위하여 광 비임(BD 광 비임)을 BD 센서(81) 쪽으로 반사시킨다. 슬릿(BD 슬릿; 79)은 감광 드럼 표면(77)과 동등한 위치에 위치된다. 화상 수단으로서 기능하는 BD 렌즈(80)는 BD 미러(78)와 BD 센서(81)를 서로에 대하여 광학적으로 결합되게 하여서, BD 미러(81)의 표면의 경사를 수정하게 된다. 광 센서(BD 센서; 81)는 기록 위치 동기 신호 검출 요소로서 기능한다. BD 슬릿(79), BD 렌즈(80) 및 BD 센서(81) 등의 각각은 기록 위치 동기 신호 검출 수단(91)의 한 요소를 형성한다.

도7에서, 감광 드럼 표면(77) 상의 화상 기록을 위한 주사 개시 위치에서의 타이밍은 BD 센서(81)로부터의 출력 신호를 사용함으로써 조절된다.

이러한 다중 비임 주사 광 시스템에서는 도8에 도시된 것처럼, 다수의 광원(발광 유닛; A 및 B)이 부주사 방향으로 수직하게 위치하면, 부주사 방향에서의 주사 표면 상의 주사선들 사이의 거리가 기록 밀도보다 매우 더 커지게 된다. 이러한 이유로, 일반적으로는 도9에 도시된 것처럼 다수의 광원(A, B)이 주주사 방향에 대하여 부주사 방향으로 경사지게 위치하며, 각도 δ의 경사는 부주사 방향에서의 주사 표면 상의 주사선들 사이의 거리가 기록 밀도에 정확하게 일치하도록 조절된다.

다수의 광원으로부터 방사된 광 비임에 상대 파장 에러가 발생하면, 각각의 발광 유닛에 대응해서 주주사 방향 및 부주사 방향으로 주사 표면 상에 상대 초점 에러가 발생하여서 화상의 품질을 열화시킨다. 이러한 이유로, 상대 파장 에러가 다수의 광원으로부터 방사된 광 비임에서 일어나더라도 주주사 방향 및 부주사 방향에서 상대 초점 에러가 일어나는 것을 방지하기 위하여 적절한 색수차 보정을 거친 시준 렌즈가 사용되며, 이로써 화상의 품질 열화를 효과적으로 방지할 수 있다.

앞에서 설명한 종래의 배열을 갖는 다중 비임 광 시스템은, 다수의 광원이 주주사 방향에 대하여 부주사 방향으로 경사지게 위치하기 때문에, 광원(A, B)으로부터 방사된 광 비임은 주주사 방향에서 서로로부터 이격된 위치들에서 광 편향기(다각형 미러)의 편향 표면에 충돌하고, 도10에 도시된 것처럼 상이한 각도로 광 편향기에 의해 반사/편향된다. 그 결과, 주주사 방향(비임 A1, B1)에서 서로로부터 이격된 위치들에서 주사 표면(77) 상에 스폿들이 형성된다.

따라서, 이러한 배열을 갖는 다중 비임 주사 광 시스템에서, 화상 데이터는 소정의 기준 광원으로부터의 광이 주사 표면 상에 화상으로 형성되도록 소정 시간 δT 의 타이밍 변화를 갖고 보내지고, 이렇게 해서 또 다른 광원으로부터의 광 비임이 동일 화상 위치에서 화상으로 형성된다.

도10에서, δT 만큼의 타이밍 변화 시에 편향 표면(75a)은 편향 표면(75b)의 각도로 설정된다. 이와 동시에, 비임(B2)은 화살표 B2'으로 도시된 방향, 즉 비임(A1')에서의 화살표 A1'으로 도시된 것과 동일한 방향으로 편향 표면(75b)에 의해 반사/편향되며, 이로써 각각의 스폿들의 화상 위치들이 서로 일치하게 된다.

몇몇 이유, 예를 들어 주사 표면과 광 시스템을 보유하는 광 유닛 사이의 위치 에러 또는 광 유닛에 광 부품을 장착할 때의 장착 에러에 기인하여 초점 에러가 생기는 경우를 고려하자. 이 경우에, 주사 표면(77)의 정상 위치(77a)가 위치(77b)인 것으로 가정하자. 이 경우에, 도10으로부터 명백한 것처럼 각 비임의 화상 위치는 주주사 방향에서 δY 만큼 변화된다.

종래 기술에서, 다수의 광원(다중 비임 반도체 레이저)으로부터의 광 비임의 화상 위치가 주주사 방향에서 변화되면, 인쇄 정밀도 및 화상 품질이 열화된다.

주주사 방향 에러 초점 에러를 일으키는 인자는 여러 가지가 있다. 이들 모든 인자를 영(zero)으로 줄이는 것은 매우 어렵다. 이러한 조정을 가하더라도 조정 처리 비용이 매우 높다. 또한, 근래에는 플라스틱 재료로 된 f-θ렌즈를 갖는 광 시스템이 비용을 고려하여 종종 사용되고 있다. 플라스틱 렌즈는 사출성형으로 제조된다. 이 렌즈의 표면 정밀도는 폴리싱 광 렌즈에 의해 얻어지는 것보다 열악하다. 이러한 플라스틱 렌즈에서는 특히 에러들이 동일한 부분들에서는 설계값에 대하여 볼록한 형상으로 일어나지만, 다른 부분들에서는 설계값에 대하여 오목한 형상으로 일어나는 경향을 갖는다. 초점 에러들이 이러한 표면 정밀 에러들에 의해 일어나면, 주사 표면에 걸쳐 초점 에러들을 수정하는 것이 불가능하다. 따라서, 다수의 광원으로부터 주주사 방향에서의 광 비임의 화상 위치에서의 에러 발생에 의해 야기되는 화상 품질의 열화를 보정하기가 어렵다.

본 발명의 목적은 어떠한 복잡한 조정도 필요로 하지 않으면서 다중 비임 주사 광 시스템의 각각의 요소들을 적절하게 설정함으로써 주주사 방향에서 다수의 광원으로부터의 광 비임의 화상 위치 에러를 효과적으로 줄일 수 있고 고속에서 높은 품질의 화상을 얻을 수 있는 다중 비임 주사 광 시스템과, 이러한 다중 비임 주사 광 시스템을 사용하는 화상 형성 장치를 마련하는 것이다.

도1은 본 발명의 제1 실시예의 주주사 방향 단면도.

도2는 본 발명의 제1 실시예에서 초점 에러의 발생 시에 주사 표면 상의 광원 수단으로부터 광 비임의 화상 위치들 사이의 에러량을 설명하기 위한 주주사 방향 단면도.

도3은 본 발명의 제1 실시예에서 초점 에러의 발생 시에 주사 표면 상의 광원 수단으로부터 광 비임의 화상 위치들 사이의 에러량을 설명하기 위한 주주사 방향 단면도.

도4는 본 발명의 제2 실시예의 주주사 방향 단면도.

도5는 본 발명의 제2 실시예에서 기록 위치 동기 신호의 검출에 사용된 화상 높이에서 초점 에러의 발생 시에 두 개의 비임들의 상태를 설명하기 위한 주주사 방향 단면도.

도6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 기록 위치 동기 신호 검출 수단의 주요부를 도시한 개략도.

도7은 종래의 다중 비임 주사 광 시스템의 주주사 방향 단면도.

도8은 종래의 다중 비임 광 시스템의 다수의 광원 위치들을 설명하기 위한도면.

도9는 종래의 다중 비임 광 시스템의 다수의 광원 위치들을 설명하기 위한 도면.

도10은 다중 비임 주사 광 시스템에서 초점 에러가 발생되는 경우를 설명하기 위한 주주사 방향 단면도.

도11은 본 발명에 따른 화상 형성 장치를 도시한 도면.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1a, 1b : 광원

2 : 시준 렌즈

3 : 정지부

4 : 원통 렌즈

5 : 광 편향기

6a, 6b : f-θ 렌즈

9 : BD 슬릿

101 : 감광 드럼

102 : 대전 롤러

111 : 프린터 제어기

113 : 정착 롤러

114 : 프레스 롤러

116 : 종이 배출 롤러

117 : 외부 장치

본 발명의 일면에 따르면, 적어도 주주사 방향에서 서로 이격된 다수의 광원을 갖는 광원 수단과, 광원 수단으로부터 방사된 다수의 분기광 비임을 실질적으로 평행한 광 비임 또는 수렴광 비임으로 변환시키는 시준 렌즈와, 주주사 방향에서의 다수의 광 비임을 반사/편향시키는 편향 수단과, 입사광 비임의 폭을 제한하도록 시준 렌즈와 편향 수단 사이에 개재된 정지부와, 편향 수단에 의해 반사/편향된 다수의 광 비임을 주사 표면 상에 화상으로 형성하고 편향 표면과 주사 표면을 부주사 방향에서 서로 실질적으로 결합시키기 위한 화상 광 시스템을 포함하며, 여기서 S1을 주주사 방향에서의 다수의 광원들 사이의 방사 지점 간격이라 하고, f1을 시준 렌즈의 초점 거리라 하고, L1을 정지부로부터 편향 수단의 편향 표면까지의 거리라 하고, f3을 주주사 방향에서의 화상 광 시스템의 초점 거리라 하고, N1을 주주사 방향에서의 주사 표면 상의 인치당 화소수라 하면, 다음의 식을 만족하는 다중 비임 주사 광 시스템이 마련된다.

본 발명의 다른 일면에 따르면, 다중 비임 주사 광 시스템은 반사 수단에 의해 반사/편향된 다수의 광 비임중 하나를 사용하여 주사 표면 상의 주사 개시 위치에서의 타이밍을 제어하기 위한 기록 위치 동기 신호 검출 수단을 더 포함하며, 광원 수단으로부터 방사된 다수의 광 비임중 하나에 대하여 주사 표면 상의 주사 개시 위치에서의 타이밍을 제어한다.

본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 다중 비임 주사 광 시스템은 반사 수단에 의해 반사/편향된 다수의 광 비임 모두를 사용하여 주사 표면 상의 주사 개시 위치에서의 타이밍을 제어하기 위한 기록 위치 동기 신호 검출 수단을 더 포함하며, 광원 수단으로부터 방사된 다수의 광 비임들에 대하여 주사 표면 상의 주사 개시 위치에서의 타이밍을 제어한다.

본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 기록 위치 동기 신호 검출 수단은 슬릿을 갖고, 이 슬릿은 슬릿 상에 입사되는 광 비임의 중심 방향으로 이동할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 기록 위치 동기 신호 검출 수단은 슬릿을 갖고, 이 슬릿은 슬릿 상에 입사되는 광 비임의 중심에 실질적으로 직각인 단면 내에서 피봇할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 다수의 광원은 모놀리식 장치를 포함한다.

본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 앞에서 설명한 다중 비임 주사 광 시스템과, 주사 표면 상에 배치된 감광 부재와, 다중 비임 주사 광 시스템에 의해 주사된 광 비임에 의해 감광 부재 상에 형성된 정전 잠상을 토너 화상으로서 현상하기 위한 현상 유닛과, 현상된 토너 화상을 전사 부재 상에 전사하는 전사 유닛과, 전사 부재 상에 전사된 토너 화상을 정착시키는 정착 유닛을 포함하는 화상 형성 장치가 마련된다.

본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 앞에서 설명한 다중 비임 주사 광 시스템과, 외부 장치로부터의 코드 데이터 입력 내용을 화상 신호로 변환하여 이 신호를 다중 비임 주사 광 시스템에 입력하기 위한 제어기를 포함하는 화상 형성 장치가 마련된다.

[제1 실시예]

도1은 주주사 방향에서 본 제1 실시예의 주요부의 단면도이며, 여기서 본 발명에 따른 다중 비임 주사 광 시스템은 레이저 비임 프린터 또는 디지털 복사기 등의 화상 형성 장치에 적용되어 있다.

본 명세서에서, 광 비임이 광 편향기에 의해 반사/편향되는 (편향 주사) 방향은 주주사 방향으로 정의하고, f-θ 렌즈 시스템의 광축 및 주주사 방향에 직각인 방향을 부주사 방향으로 정의한다.

도1에서, 광원 수단은 예를 들어 다수의 광원(발광 유닛; 1a, 1b)을 갖는 다중 비임 반도체 레이저(다중 광원)에 의해 형성된다. 광원의 수는 2개에 제한되지않고, 3개 이상일 수도 있다. 시준 렌즈(2)는 다중 비임 반도체 레이저로(1)부터 방사된 다수의 발산광 비임을 실질적으로 평행한 광 비임 또는 수렴광 비임으로 변환시키는 제1 광 수단으로서 기능한다. 원통 렌즈(4)는 부주사 단면에서만 소정의 굴절력을 갖는 제2 광 시스템으로서 기능한다. 정지부(3)는 입사광 비임의 폭을 제한하도록 시준 렌즈(2)와 광 편향기(5) 사이에 개재된다.

광 편향기(5)는 편향 수단으로서 기능하고, 다각형 모터 등의 구동 수단(도시 생략)에 의해 화살표 A 방향으로 균일 속도로 회전되는 예를 들어 다각형 미러(회전 다면체 미러)에 의해 형성된다.

f-θ렌즈 시스템(화상 광 시스템; 6)은 f-θ 특성을 갖는 제3 광 시스템으로서 기능하고, 제1 및 제2 f-θ렌즈(6a, 6b)로 구성된다. f-θ렌즈 시스템(6)은 편향 표면(5a)과 주사 표면(7)을 부주사 단면에서 서로에 대하여 실질적으로 광학적으로 결합시켜서 광 편향기(5)에 의해 반사/편향된 화상 정보에 기초한 광 비임을 주사 표면으로서 기능하는 감광 드럼 표면(7) 상의 화상으로 형성한다.

감광 드럼 표면(7; 기록 매체 표면)은 주사 표면으로서 기능한다.

이 실시예에서, 다중 비임 반도체 레이저(1)로부터 방사된 다수의 발산광 비임은 화상 정보에 따라 시준 렌즈(2)에 의해 실질적으로 평행한 광 비임 또는 수렴광 비임으로 변환된다. 그 다음에, 이들 광 비임은 원통 렌즈(4)에 입사된다. 원통 렌즈(4) 상에 입사된 광 비임중 주주사 단면에 있는 광 비임은 그 상태로 방출되고, 광 비임의 단면 영역은 정지부(3)에 의해 제한된다. 또한, 부주사 단면 및 이들의 단면 영역에 있는 광 비임은 정지부(3)에 의해 제한되어

광 편향기(5)의 편향 표면(5a) 상에 거의 직선인 화상(주주사 방향으로 긴)으로 형성된다. 광 편향기(5)의 편향 표면(5a)에 의해 반사/편향된 다수의 광 비임은 f-θ 렌즈 시스템(6)에 의해 감광 드럼 표면(7) 상에 스폿들로 형성된다. 화살표 A 방향으로 광 편향기(5)를 회전시킴으로써, 광 비임은 화살표 B 방향(주주사 방향)으로 감광 드럼 표면(7) 상에서 일정 속도로 주사된다. 이러한 작동에 의해서, 화상은 기록 매체로서 기능하는 감광 드럼 표면(7) 상에 기록된다.

이 실시예에서, 각각의 요소들은 다음 조건식을 만족하도록 설정된다.

여기서, S1은 주주사 방향에서의 다수의 광원(1a, 1b)들 사이의 최대 방사 지점 간격, f1은 시준 렌즈(2)의 초점 거리, L1은 정지부(3)로부터 광 편향기(5)의 편향 표면(5a)까지의 거리, f3은 주주사 방향에서의 f-θ렌즈 시스템(6)의 초점 거리, N1은 주주사 방향에서의 주사 표면(7) 상의 단위 인치당 화소수이다. 이는 다중 비임 반도체 레이저(1)로부터 주주사 방향에서 주사 표면(7) 상에 방사된 광 비임의 화상 위치들에서의 에러의 발생을 효과적으로 방지한다.

이 실시예에서, 수치 범위는 다음과 같이 설정되는 것이 바람직하다

상기 이유에 기인한 초점 에러의 발생 시에 주사 표면 상의 광 비임의 화상 위치들 사이의 에러에 대하여 도2 및 도3을 참조하여 설명한다. 도2 및 도3은 도시의 간명성을 위하여 광원의 수가 2인 것으로 가정하였다. 앞에서 설명한 것처럼, S1을 주주사 방향에서의 두 개의 광원(1a, 1b) 사이의 최대 방사 지점 간격이라 하고, f1을 시준 렌즈(2)의 초점 거리라 하고, L1을 정지부(3)로부터 광 편향기(5)의 편향 표면(5a)까지의 거리라 하고, f3을 주주사 방향에서의 f-θ 렌즈 시스템(6)의 초점 거리라 하고, L2를 시준 렌즈(2)로부터 광 편향기(5)의 편향 표면(5a)까지의 거리라 한다.

이 실시예에서, 두 개의 광원(1a, 1b)으로부터 방사된 광 비임들의 폭은 단일 정지부(3)에 의해 제한된다.

정지부(3)의 위치를 도2에 도시된 것처럼 시준 렌즈(2)의 위치에 일치하는 것으로 가정한다. 이 경우에, 편향 표면(5a) 상의 두 개의 광 비임들 사이의 거리 h는 다음 식으로 주어진다

정지부(3)가 도3에 도시된 것처럼 원통 렌즈(4)와 광 편향기(5) 사이에 개재되면, 시준 렌즈(2)로부터 출현하는 두 개의 광 비임에 의해 형성된 각도가 일정하게 유지되기 때문에, 편향 표면(5a) 상의 두 개의 광 비임 사이의 거리 h'이 다음 식으로 주어진다.

편향 표면(5a)에 의해 반사/편향된 두 개의 광 비임은 동일한 각도로 f-θ 렌즈 시스템(6)에 충돌한다. 따라서, f-θ 렌즈 시스템(6)으로부터 출현하는 두개의 광 비임에 의해 형성된 각도는 다음 식으로 주어진다.

이는 주주사 방향에서 1 mm의 초점 에러가 생길 때 두 개의 광 비임들 사이의 화상 위치들 사이에 δY의 에러량을 나타낸다.

두 개의 광 비임들의 화상 위치들 사이에 δY의 에러량의 허용가능한 값은 출력 해상도에 따라 달라진다. 일반적으로, 에러량 δY가 출력 해상도에 의해 결정된 기록 밀도를 1/4 초과함으로써 화상 품질의 열화는 현저해지게 된다.

주주사 방향에서의 초점 에러는 여러 이자들에 의해 일어난다. 큰 초점 에러는 출력 화상의 화상 품질의 열화로 이어지기 때문에, 일반적으로 광 시스템은 초점 에러를 약 ±2 mm의 범위 내에서 억제하도록 설계/제조되고 있다.

이 실시예에서, 1 mm의 초점 에러당 에러량 δY 의 값은 주주사 방향에서의 초점 에러 보정 기능 및 실제 화상 위치들 사이의 에러량 δY가 화상 품질의 열화에 미치는 영향을 고려하여 기록 밀도의 1/4로 억제된다.

두 개의 광 비임의 화상 위치들 사이의 에러량 δY는 주주사 방향에서의 초점 에러만에 의해서 일어나지는 않으며, 예를 들어 BD 센서(동기화 검출 센서)로부터의 출력 신호의 전연부에서의 에러에 의해서도 일어난다.

이러한 이유로, 조건식 1a에 나타낸 것처럼, 1 mm의 초점 에러당 에러량 δY는 기록 밀도의 1/8로 설정되는 것이 바람직하다. 조건식 1a를 이와 같이 설정함으로써, 예를 들어 BD 센서(동기화 검출 센서)로부터의 출력 신호의 전연부에서의에러에 의해 일어난 에러량이 주주사 방향에서의 초점 에러에 의해 일어난 두 개의 광 비임의 화상 위치들 사이의 에러량 δY에 부가되더라도, 화상 품질의 열화가 효과적으로 방지될 수 있다.

표 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 및 제2 f-θ 렌즈(6a, 6b)의 다중 비임 주사 광 시스템의 광학적 형상 및 비구면 계수를 도시한다.

표 1의 각 부재에 대하여 설명한다.

제1 f-θ 렌즈(6a)는 플라스틱 렌즈이다. 광 편향기(5) 측 및 주사 표면(7) 측 상의 제1 f-θ 렌즈(6a)의 표면은 비구면이고 부주사 단면은 구형이다.

제2 f-θ 렌즈(6b)는 플라스틱 렌즈이다. 광 편향기(5) 측 및 주사 표면(7) 측 상의 제2 f-θ 렌즈(6b)의 표면은 주주사 단면이 비구면으로 되도록 하는 형상을 취하고, 부주사 단면은 구형이다.

본 발명에서, 제1 및 제2 f-θ 렌즈(6a, 6b)의 표면 형상은 표 1에 나타낸 것에 제한되지는 않으며, 이들 렌즈는 허용가능한 광 특성을 주사 표면(7) 상에서 얻을 수 있는 것이라면 임의의 형상을 취할 수도 있다.

또한, 본 발명의 f-θ 렌즈는 힘(굴절력)을 갖는 미러들을 포함한다.

본 발명에서, 화상 광 시스템(6)의 렌즈 수는 두 개로 제한되지 않고 3개 이상으로 될 수도 있다.

본 발명은 단색 다중 비임 반도체 레이저(1)로부터의 광 비임의 폭이 단일 정지부(3)에 의해 제한되도록 된 형태에서 특히 효과를 나타낸다. 그러나, 본 발명은 이러한 형태에 제한되지는 않는다.

이 경우에, 도시의 간명성을 위하여, 모놀리식 다중 비임 반도체 레이저(1)가 예시로 되었다. 그러나, 단일 비임 반도체 레이저로부터의 광 비임이 프리즘 등의 비임 결합 수단에 의해 결합되도록 된 형태에서도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명을 다수의 모놀리식 다중 비임 반도체 레이저로부터의 광 비임이 비임 결합 수단에 의해 결합되도록 된 형태에 적용함으로써 더욱 양호한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 광 편향기(5)는 다각형 미러에 제한되지 않는다. 본 발명은 편향기가 검류계 미러인 형태에도 적용할 수 있다.

(표 1)

(표 1 계속)

제1 및 제2 f-θ 렌즈(6a, 6b) 각각의 렌즈 표면과 광축의 교차부가 원점이라고 가정하면, 광축 방향은 X축이고, 주주사 단면에서의 광축에 직각인 축은 Y축이고, 부주사 단면에서의 광축에 직각인 축은 Z축이다. 이 경우에, 주주사 단면에서의 각 렌즈의 비구면 형상은 다음 식으로 주어진다.

여기서 R은 곡률 반경이고, k 및 B₄내지 B₁₀은 비구면 계수이다.

각 렌즈에서의 부주사 단면은 주주사 방향에서의 렌즈 표면 좌표를 y로 할 때 곡률 반경 r'이 다음 식으로 주어지도록 하는 형상을 취한다.

여기서, r은 광축 상의 곡률 반경이고, D₂내지 D₁₀은 계수이다.

이 경우에, 각각의 계수가 y 값의 신호에 따라 달라지면, 곡률 반경 r'은 y값이 양일 때 첨자 u를 계수로서 갖는 D_2u내지 D_10u를 사용하여 계산되고, 곡률 반경 r'은 y값이 음일 때 첨자 l을 계수로서 갖는 D_2l내지 D_10l을 사용하여 계산된다.

이 실시예에서 따라 주주사 방향에서 다중 비임 주사 광 시스템을 사용하는 예를 들어 레이저 비임 프린터 또는 디지털 복사기인 화상 형성 장치의 주사 표면 상의 기록 밀도가 1,200 DPI로 설정되면, 조건식 1에서의 각각의 값들은 다음과 같이 주어진다.

따라서, 앞에 주어진 조건식 1을 만족한다.

이 실시예에 따른 다중 비임 주사 광 시스템에서, 예를 들어 주주사 방향에서의 다수의 광원(1a, 1b)들 사이의 최대 방사 지점 간격 S1, 시준 렌즈(2)의 초점 거리 f1, 정지부(3)로부터 광 편향기(5)의 편향 표면(5a)까지의 거리 L1 및 주주사 방향에서의 f-θ 렌즈 시스템(6)의 초점 거리 f3 등의 파라미터가 상기 조건식 1을 만족하도록 설정되면, 두개의 광원(1a, 1b)으로부터의 광 비임들의 화상 위치들 사이의 에러량 δY는 주주사 방향에서 1 mm의 초점 에러가 생기더라도 0.857 ㎛의 양으로 작게 억제될 수 있다.

앞에서 설명한 것처럼, 이 실시예에 따르면 다중 비임 주사 광 시스템을 구성하는 각각의 요소들을 적절하게 설정함으로써, 주사 표면(7) 상의 다수의 광원으로부터의 광 비임들의 화상 위치들 사이의 에러는 어떠한 복잡한 조정도 필요로 하지 않고 효과적으로 감소될 수 있다. 이는 고속에서 높은 품질의 화상을 얻을 수 있게 해준다.

[제2 실시예]

도4는 주주사 방향에서의 제2 실시예의 주요부를 도시한 (주주사 방향) 단면도이며, 여기서 본 발명에 따른 다중 비임 주사 광 시스템은 레이저 비임 프린터 또는 디지털 복사기 등의 화상 형성 장치에 적용되어 있다. 도1에서와 동일한 부호는 도4에서도 동일한 부분을 나타낸다.

이 실시예는 다중 비임 주사 광 시스템이 기록 위치 동기 신호 검출 수단(21)을 갖고, 또 초점 에러가 기록 위치 동기 신호의 검출을 위해 사용된 화상 높이에서 보정되는 것이 제1 실시예에서와 다르다. 다른 배열 및 광학적 기능은 제1 실시예에서와 동일하며, 따라서 제2 실시예는 제1 실시예에서와 유사한 효과를 갖는다.

도4에서, 반사 수단(8)은 절곡 미러(이후에는 "BD 미러"라 함)에 의해 형성된다. BD 미러(8)는 감광 드럼(7) 상의 주사 개시 위치에서의 타이밍을 조정하기 위하여 기록 위치 동기 신호의 검출을 위하여 광 비임(BD 광 비임)을 기록 위치 동기 신호 검출 요소(11) 쪽으로 반사시킨다.

슬릿(9; 이후에는 "BD 슬릿"이라 함)은 감광 드럼(7)에 대하여 동등한 위치에 위치한다. BD 슬릿(9)은 BD 슬릿(9) 상에 입사된 광 비임의 중심의 방향으로 이동가능하다.

화상 렌즈(10; 이후에는 "BD 렌즈"라 함)는 BD 미러(8)와 기록 위치 동기 신호 검출 요소(11)를 서로에 대하여 광학적으로 결합되게 하는 작용을 하고, BD 미러(8)의 표면의 경사를 보정한다.

기록 위치 동기 신호 검출 요소(11)는 광 센서(이후에는 "BD 센서"라 함)이다. 이 실시예에서, 감광 드럼(7) 상에의 기록을 위한 주사 개시 위치에서의 타이밍은 BD 센서(11)로부터의 출력 신호를 검출함으로써 얻어진 기록 위치 동기 신호(BD 신호)를 사용하여 조정된다.

각각의 BD 슬릿(9), BD 렌즈(10) 및 BD 센서(11) 등은 기록 위치 동기 신호검출 수단(21)의 한 요소를 형성한다. 기록 위치 동기 신호 검출 수단(21)은 감광 드럼(7) 상의 주사 개시 위치에서의 타이밍을 다수의 광원(1a, 1b)으로부터 방사된 각각의 광 비임에 대하여 제어한다.

이 실시예에서, 기록 위치 동기 신호(BD 신호)를 검출하는 데 사용된 광 비임(BD 광 비임)은 f-θ 렌즈 시스템(6)의 렌즈 유효부의 단부 부분을 통과한다. f-θ 렌즈 시스템(6)을 구성하는 제1 및 제2 f-θ 렌즈(6a, 6b)가 플라스틱 재료를 사출성형하여 형성되면, 렌즈 유효부의 단부 부분의 표면 정밀도의 에러는 커지는 경향을 나타낸다. 따라서, 기록 위치 동기 신호의 검출에 사용된 화상 높이에서의 초점 에러가 화상 유효부에서의 초점 에러보다 커지게 된다.

화상 유효부에서 초점 에러가 일어나지 않는다고 가정하면, 화상 에러는 기록 위치 동기 신호의 검출에 사용된 화상 높이에서 일어난다. 도5는 이러한 상태를 보여준다.

도시의 간명성을 위하여, 도5는 기록 위치 동기 신호의 검출에 사용된 BD 광 비임이 미러에 의해 절곡되지 않은 상태를 도시한다. 초점 에러가 기록 위치 동기 신호의 검출에 사용된 화상 높이에서 일어나면, 비임 A 및 B는 BD 슬릿의 위치에서 중첩되며, 이로써 도5에서 보는 것처럼 에러 δY가 생긴다. 기록 위치 동기 신호가 이 상태에서의 각각의 비임 A 및 B를 사용하여 검출되면, 비임 A 및 B의 화상 위치들은 화상 유효부에서 δY 만큼 서로로부터 이동된다.

이 실시예에서는 이러한 불편함을 피하기 위하여, BD 슬릿(9)이 기록 위치 동기 신호의 검출에 사용된 BD 광 비임의 중심 방향으로 이동가능한 형상으로 되어있다. BD 슬릿(9)은 화상 유효부에서의 비임 A 및 B의 화상 위치들 사이의 에러를 보정하도록 실제 초점 에러량 δY 만큼 BD 광 비임의 중심 방향으로 이동되어 있다.

[제3 실시예]

도6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 기록 위치 신호 검출 수단의 주요부를 도시한 개략도이다. 도4에서와 동일한 부호는 도6에서 동일한 부분을 나타낸다.

이 실시예는 기록 위치 동기 신호 검출 수단(21)의 BD 슬릿(9)이 기록 위치 동기 신호의 검출에 사용된 BD 광 비임의 중심에 거의 직각인 단면에서 피봇되는 형상으로 된 것이 제2 실시예와 다르다. 다른 배열 및 광학적 기능은 제2 실시예에서와 동일하며, 따라서 제3 실시예는 제2 실시예에서와 유사한 효과를 갖는다.

제2 실시예에서, 비임 A 및 B의 화상 위치들 사이의 에러는 BD 슬릿(9)을 초점 에러량 δY에 대응하는 양만큼 BD 광 비임의 중심 방향으로 이동시킴으로써 보정된다. 제3 실시예에서, 비임 A 및 B 사이의 에러는 기록 위치 동기 신호를 검출하는 데 사용된 BD 광 비임의 중심 주위로 BD 슬릿(9)을 BD 광 비임의 중심에 실질적으로 직각인 단면에서 피봇시킴으로써 보정된다.

기록 위치 동기 신호의 검출에 사용된 화상 높이에서 3 mm의 초점 에러가 일어난 것으로 가정하자. 앞에서 설명한 것처럼, 주주사 방향에서 1 mm의 초점 에러가 일어나면, 두 개의 광원(1a, 1b)으로부터의 광 비임의 화상 위치들 사이의 에러량 ΔY는 0.857 ㎛이다. 따라서, 3 mm의 초점 에러가 일어나면, 화상 위치들은 서로로부터 2.571 ㎛로 이동된다. 주주사 방향에서의 기록 밀도가 1,200 DPI일 때BD 슬릿(9) 상의 두 개의 스폿들 사이의 거리가 21.17 ㎛이기 때문에, 비임 A 및 B의 화상 위치들 사이의 에러는 BD 슬릿(9)을 다음과 같이 주어진 양만큼 피봇시킴으로써 보정될 수 있다.

앞에서 설명한 제2 및 제3 실시예 각각에 있어서, 초점 에러는 기록 위치 동기 신호의 검출에 사용된 화상 높이에서 일어나는 것으로 가정했다. 그러나, 분명하게도, 본 발명을 예를 들어 주사 광 시스템과 주사 표면 사이의 위치 에러 등에 기인하여 전체 화상 유효 영역에 걸쳐 에러들이 비임 A 및 B의 화상 위치들 사이에서 일어나는 경우 등의 다른 경우들에 적용하더라도 유사한 효과를 얻을 수 있다.

각각의 제2 및 제3 실시예에서, 기록 위치 동기 신호들은 광원 수단(1)으로부터 방사된 모든 광 비임에 대하여 검출된다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지는 않는다. 예를 들어, 본 발명은 기록 위치 동기 신호가 제2 및 제3 실시예에서와 동일한 방식으로 다수의 광 비임중 단 하나의 광 비임에 대해서만 검출되는 경우에도 적용할 수 있다.

도11은 본 발명의 일 실시예에 따른 화상 형성 장치의 주요부의 단면도이다. 도11에서, 화상 형성 장치(104)는 개인용 컴퓨터 등의 외부 장치(117)로부터 코드 신호 Dc를 받아들인다. 이 코드 신호 Dc는 장치의 프린터 제어기(111)에 의해 화상 데이터(도트 데이터) Di로 변환된다. 이 화상 데이터 Di는 제1 실시예 내지 제3 실시예 각각에 설명된 것과 유사한 배열을 갖는 광 주사 유닛(100)에 입력된다. 화상 데이터 Di에 따라 조정된 광 비임(103)은 광 주사 유닛(100)으로부터 출현되고, 감광 드럼(101)의 감광 표면은 광 비임(103)을 사용하여 주주사 방향으로 주사된다.

정전 잠상 담지체(감광 부재)로서 기능하는 감광 드럼(101)은 모터(115)에 의해 시계방향으로 회전된다. 이 회전 시에, 감광 드럼(101)은 주주사 방향에 직각인 부주사 방향으로 광 비임(103)에 대하여 이동한다. 감광 드럼(101)의 표면을 균일하게 대전시키는 대전 롤러(102)는 대전 롤러(102)의 표면이 감광 드럼(101)에 접촉하도록 감광 드럼(101) 위에 위치한다. 대전 롤러(102)에 의해 대전된 감광 드럼(101)의 표면은 광 주사 유닛(100)에 의해 주사된 광 비임(103)으로 조사된다.

앞에서 설명한 것처럼, 광 비임(103)은 화상 데이터 Di에 기초하여 조정된다. 광 비임(103)으로 감광 드럼(101)의 표면을 조사함으로써, 정전 잠상이 감광 드럼(101)의 표면에 형성된다. 이 정전 잠상은 감광 드럼(101)에 접촉하도록 감광 드럼(101)의 회전 방향으로 광 비임의 반경방향 위치로부터 하류에 위치한 현상 유닛(107)에 의해 토너 화상으로서 현상된다.

현상 유닛(107)에 의해 현상된 토너 화상은 감광 드럼(101)에 대항하게 감광 드럼(101) 아래에 위치한 전사 롤러(108)에 의해 전사 매체로서의 종이 시트(112) 상에 전사된다. 종이 시트(112)는 감광 드럼(101)의 전방(도11의 우측)에서 종이 카세트(109)에 저장되어 있다. 그러나, 종이 시트는 수동으로 공급될 수도 있다. 이송 롤러(110)는 종이 카세트(109)에 저장된 종이 시트(112)를 반송 경로 상으로 이송하도록 종이 카세트(109)의 단부 부분에 위치한다.

미정착 토너 화상이 상기 방식으로 전사되게 되는 종이 시트(112)는 감광 드럼(101) 뒤쪽(도11의 좌측)에서 정착 유닛으로 더 이송된다. 정착 유닛은 정착 히터(도시 생략)를 포함한 정착 롤러(113)와 정착 롤러(113)에 대하여 눌리는 프레스 롤러(114)로 구성된다. 정착 유닛은 종이 시트(112)를 정착 롤러(113)와 프레스 롤러(114)의 가압부 사이에서 가압하면서 가열함으로써 전사 유닛으로부터 이송된 종이 시트(112) 상의 미정착 토너 화상을 정착시킨 또한, 종이 배출 롤러(116)는 화상 정착된 종이 시트(112)를 화상 형성 장치 외부로 배출하도록 정착 롤러(113) 뒤쪽에 위치한다.

도11에 도시되지는 않았으나, 프린터 제어기(111)는 모터(115)와 광 주사 유닛 내의 다각형 미러 및 앞에서 설명한 데이터 변환부 등을 포함하는 화상 형성 장치의 대응 부분들을 제어한다.

앞에서 설명한 것처럼 본 발명에 따르면, 어떠한 복잡한 조정도 필요로 하지 않으면서 다수의 광원으로부터의 광 비임들의 화상 위치들 사이의 에러를 효과적으로 감소시킬 수 있고, 주주사 방향에서의 다수의 광원들 사이의 최대 방사 지점 간격, 시준 렌즈의 초점 거리, f-θ 렌즈 시스템(6)의 초점 거리 사이의 관계를 소정 범위 내에서 적절하게 설정함으로써 고속에서 높은 품질의 화상을 얻을 수 있는 다중 비임 주사 광 시스템과, 이러한 주사 광 시스템을 사용하는 화상 형성 장치가 마련된다.

Claims

다중 비임 주사 광 시스템에 있어서,

적어도 주주사 방향에서 서로 이격된 다수의 광원을 갖는 광원 수단과,

광원 수단으로부터 방사된 다수의 분기광 비임을 실질적으로 평행한 광 비임 또는 수렴광 비임으로 변환시키는 시준 렌즈와,

주주사 방향에서의 다수의 광 비임을 반사/편향시키기 위해 편향 표면을 갖는 편향 수단과,

입사광 비임의 폭을 제한하도록 시준 렌즈와 편향 수단 사이에 개재된 정지부와,

편향 수단에 의해 반사/편향된 다수의 광 비임을 주사 표면 상에 화상으로 형성하고 편향 표면과 주사 표면을 부주사 방향에서 서로 실질적으로 광학적으로 결합시키기 위한 화상 광 시스템을 포함하며,

여기서 S1을 주주사 방향에서의 다수의 광원들 사이의 방사 지점 간격이라 하고, f1을 시준 렌즈의 초점 거리라 하고, L1을 정지부로부터 편향 수단의 편향 표면까지의 거리라 하고, f3을 주주사 방향에서의 화상 광 시스템의 초점 거리라 하고, N1을 주주사 방향에서의 주사 표면 상의 인치당 화소수라 하면, 다음의 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 다중 비임 주사 광 시스템.
제1항에 있어서, 편향 수단에 의해 반사/편향된 다수의 광 비임중 하나를 사용하여 주사 표면 상의 주사 개시 위치에서의 타이밍을 제어하기 위한 기록 위치 동기 신호 검출 수단을 더 포함하며, 광원 수단으로부터 방사된 다수의 광 비임중 하나에 대하여 주사 표면 상의 주사 개시 위치에서의 타이밍이 제어되는 것을 특징으로 하는 다중 비임 주사 광 시스템.
제1항에 있어서, 편향 수단에 의해 반사/편향된 다수의 광 비임 모두를 사용하여 주사 표면 상의 주사 개시 위치에서의 타이밍을 제어하기 위한 기록 위치 동기 신호 검출 수단을 더 포함하며, 광원 수단으로부터 방사된 다수의 광 비임들에 대하여 주사 표면 상의 주사 개시 위치에서의 타이밍이 제어되는 것을 특징으로 하는 다중 비임 주사 광 시스템.
제2항 또는 제3항에 있어서, 기록 위치 동기 신호 검출 수단은 슬릿을 갖고, 이 슬릿은 슬릿 상에 입사되는 광 비임의 중심 방향으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 다중 비임 주사 광 시스템.
제2항 또는 제3항에 있어서, 기록 위치 동기 신호 검출 수단은 슬릿을 갖고, 이 슬릿은 슬릿 상에 입사되는 광 비임의 중심에 실질적으로 직각인 단면 내에서 피봇가능한 것을 특징으로 하는 다중 비임 주사 광 시스템.
제1항에 있어서, 다수의 광원은 모놀리식 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 비임 주사 광 시스템.
제1항에 기재된 다중 비임 주사 광 시스템과,

주사 표면 상에 배치된 감광 부재와,

다중 비임 주사 광 시스템에 의해 주사된 광 비임에 의해 감광 부재 상에 형성된 정전 잠상을 토너 화상으로서 현상하기 위한 현상 유닛과,

현상된 토너 화상을 전사 부재 상에 전사하는 전사 유닛과,

전사 부재 상에 전사된 토너 화상을 정착시키는 정착 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
화상 형성 장치에 있어서,

제1항에 기재된 다중 비임 주사 광 시스템과,

외부 장치로부터의 코드 데이터 입력 내용을 화상 신호로 변환하여 이 신호를 다중 비임 주사 광 시스템에 입력하기 위한 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.