KR20060002471A - 비대칭 곡률을 갖는 주사 광학 렌즈 및 상기 렌즈를채용한 광 주사 장치 - Google Patents

비대칭 곡률을 갖는 주사 광학 렌즈 및 상기 렌즈를채용한 광 주사 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부주사방향으로 비대칭 곡률을 갖는 주사 광학 렌즈 및 상기 렌즈를 채용하여 편향장치로부터 감광드럼까지의 길이를 짧게 한 광 주사 장치를 개시한다. 본 발명에 따르면, 빔 편향장치에 의해 편향된 광을 감광체에 결상시키는 광 주사 장치용 주사 광학 렌즈에 있어서, 상기 주사 광학 렌즈의 부주사방향 단면의 곡률은: 중심부에서 입사면과 출사면의 곡률 부호가 같은 메니스커스 형상이고; 입사면과 출사면의 곡률 부호가 항상 (-)이며; 입사면의 곡률의 절대값은, 중심부에서 최대이고, 주주사방향을 따라 렌즈의 양쪽에서 각각 적어도 하나의 최소값을 가지며, 상기 양쪽의 최소값들 중 적어도 하나는 0(zero)에 근접한 것을 특징으로 한다.
광 주사 장치, 주사 광학 렌즈, 곡률, SAG, 결상배율, 유효 주사각, 빔 편향장치, 감광 드럼, 메니스커스

Description

비대칭 곡률을 갖는 주사 광학 렌즈 및 상기 렌즈를 채용한 광 주사 장치{Scanning optical lens having asymmetric curvature and a laser scanning unit employing the same}
도 1은 일반적인 광 주사 장치의 구조를 개략적으로 도시한다.
도 2a 내지 도 2d는 종래의 주사 광학 렌즈의 형태를 보다 상세히 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 종래의 주사 광학 렌즈에서 각각 입사면과 출사면에서의 부주사방향의 곡률을 도시하는 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 광 주사 장치 및 주사 광학 렌즈를 개략적으로 도시한다.
도 5는 편향 미러가 회전함에 따라 광의 반사 위치와 빔경의 크기가 달라지는 이유를 설명하는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 주사 광학 렌즈에서 각각 입사면과 출사면에서의 주주사방향의 SAG를 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명에 따른 주사 광학 렌즈에서 각각 입사면과 출사면에서의 부주사방향의 곡률 및 곡률반경을 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 광 주사 장치에서 각각 주주사방향과 부주사방향의 빔경을 나타내는 그래프이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
31.....광원 33......콜리메이팅 렌즈
34.....실린드리컬 렌즈 35......빔 편향장치
36.....주사 광학 렌즈 37......감광체
본 발명은 비대칭 곡률을 갖는 주사 광학 렌즈(scanning optical lens) 및 상기 렌즈를 채용한 광 주사 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 부주사방향으로 비대칭 곡률을 갖는 주사 광학 렌즈 및 상기 렌즈를 채용하여 편향장치로부터 감광드럼까지의 길이를 짧게 한 광 주사 장치에 관한 것이다.
광 주사 장치(Laser scanning unit; LSU)는 레이저 프린터와 같은 전자사진방식의 인쇄기에서 레이저 광을 감광체 상에 스캐닝하면서 결상시켜 화상을 형성하는 화상형성장치이다. 도 1은 이러한 광 주사 장치를 개략적으로 도시하고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 광 주사 장치는 크게 광원(11), 콜리메이팅 렌즈(12), 구경 조리개(13), 실린드리컬 렌즈(14), 빔 편향장치(15), 주사 광학 렌즈(16), 감광 드럼(18) 및 동기신호 검출장치(19,20,21)로 구성된다. 광원(11)으로부터 방출된 광은 콜리메이팅 렌즈(12)에 의해 평행빔으로 변환되고, 평행빔은 구경 조리개(13)에 의해 빔 형태가 제한되어 실린드리컬 렌즈(14)를 통과한다. 이때, 상기 평행빔은 실린드리컬 렌즈(14)에 의해 부(部)주사 방향(sub-scanning direction)을 중심으로 수렴된다. 그런 후, 상기 수렴된 광은 고속으로 회전하는 빔 편향장치(15)에 의해 주(主)주사 방향(main-scanning direction)(즉, 용지의 가로 방향)으로 편향되면서 주사 광학 렌즈(16)를 거쳐 감광 드럼(18) 상에 결상된다.
여기서, 소위 에프-세타 렌즈(F-theta lens)로도 불리는 주사 광학 렌즈(16)는 광의 초점을 감광 드럼(18)면상에 맞추는 역할을 한다. 이때, 빔 편향장치(15)에서 반사된 등속도의 레이저 광이 주주사방향으로 균일하게 편향될 수 있도록, 상기 주사 광학 렌즈(16)는 광축에 대해 일정한 굴절률을 가지며 수차를 보정할 수 있어야 한다. 또한, 상기 주사 광학 렌즈(16)는 빔 편향장치(15)에서 편향된 광의 오차를 보정하는 역할도 수행한다.
이러한 기능을 수행하기 위하여, 상기 주사 광학 렌즈(16)는 일반적인 렌즈와는 달리 도 2a와 같이 특수한 형태를 하고 있다. 즉, 주주사방향의 단면을 보면, 도 2b에 도시된 바와 같이, 입사면과 출사면이 모두 볼록하며, 출사면은 원호 형상인 반면, 입사면은 비원호 형상을 하고 있다. 한편, 부주사방향의 단면을 보면, 렌즈의 중심 부분인 A-A' 단면에서는 도 2c에 도시된 바와 같이 입사면과 출사면이 모두 볼록인 양볼록 형상을 갖는다. 반면, 렌즈의 가장자리 부분인 B-B' 단면에서는 도 2d에 도시된 바와 같이, 입사면은 오목한 형태이고 출사면은 볼록한 형태이다. 사실, 부주사 단면 내에서의 입사면과 출사면의 곡률은, 도 3a 및 도 3b에 도시된 그래프와 같이, 주주사방향을 따라 연속적으로 변하도록 설계된다. 상기 그래프를 통해 알 수 있듯이, 입사면의 경우, 렌즈의 중심을 기준으로 점차 곡률이 감 소하면서 가장자리 부근에서는 곡률이 (+)에서 (-)로 변한다. 즉, 중심부는 볼록하지만 점차 곡률이 감소하면서 가장자리에서는 오목한 형태가 된다. 한편, 출사면의 경우, 렌즈의 중심을 기준으로 곡률이 점차 증가하다가 다시 감소하기 시작한다. 그러나, 출사면에서는 항상 곡률이 (-)이므로 출사면은 항상 볼록한 형태이다. 따라서, 주사 광학 렌즈(16)는 수직 방향과 수평 방향으로 각각 다른 배율을 갖는 일종의 아나모픽(Anamophic) 렌즈이다.
그러나, 상술한 형태를 갖는 종래의 주사 광학 렌즈(16)는 하나의 렌즈로 광학 수차를 양호하게 보정하는 것은 가능하지만, 유효 주사각을 크게 할 수 없다는 단점이 있다. 따라서, 빔 편향장치(15)로부터 감광 드럼(18)까지의 길이를 짧게 하는 것이 불가능하여 광 주사 장치의 전체 크기를 소형화하는데 한계가 있다. 또한, 주사 광학 렌즈(16)에 의한 부주사방향으로의 결상배율이 상대적으로 높기 때문에 그만큼 안정된 광학성능 구현이 제한되며, 인쇄되는 화상의 품질을 높이는데 한계가 있다. 왜냐하면, 일반적으로 결상배율이 높을수록 화상 구간 내에서 광이 균일하지 않게 되는 등 성능 불안정 요소가 있기 때문이다.
더욱이, 보다 빠른 인쇄를 위해 최근 개발되고 있는 멀티빔 광 주사 장치에서 부주사방향으로의 높은 결상배율은 큰 단점이 된다. 멀티빔 광 주사 장치는 한 번에 부주사방향으로 다수의 광을 주사하는 광 주사 장치로서, 부주사방향으로 다수의 광이 한꺼번에 방출된다. 이러한 멀티빔 광 주사 장치에서, 예컨대, 600dpi의 화질로 인쇄를 하고자 한다면, 감광 드럼(18)에서 부주사방향으로의 도트(dot) 간격은 약 42㎛가 되어야 한다. 그런데, 부주사방향으로의 결상배율이 5배 이상이 되 면, 광원 사이의 부주사방향으로의 간격은 실현 불가능한 10㎛ 이하가 되어야 한다는 문제가 있다.
또한, 종래의 주사 광학 렌즈(16)는 부주사방향을 따라 어떤 지점에서 곡률이 (+)에서 (-)로, 또는 (-)에서 (+)로 변하도록 설계되어 있다. 이는 렌즈가 볼록(또는, 오목)이었다가 어느 지점에서 평면이 된 후 오목(또는, 볼록)으로 변한다는 것을 의미한다. 그러나, 이렇게 곡률의 부호가 바뀌게 될 경우, 렌즈를 사출하기 위한 금형의 가공이 매우 어렵게 된다. 이로 인해 렌즈의 제작이 어렵고, 렌즈의 제작 비용이 증가하게 된다는 문제가 있다.
따라서 본 발명의 목적은 상술한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것이다.
즉, 본 발명의 목적은 보다 큰 유효 주사각을 가지며 부주사방향으로의 결상배율이 보다 작으면서도 안정된 광학 성능을 구현하는 주사 광학 렌즈를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 보다 제작이 용이한 주사 광학 렌즈를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같은 주사 광학 렌즈를 채용함으로써 보다 소형화할 수 있고 고화질 인쇄를 구현할 수 있는 광 주사 장치, 특히, 멀티빔 광 주사 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 유형에 따르면, 빔 편향장치에 의해 편향된 광을 감광체에 결 상시키는 광 주사 장치용 주사 광학 렌즈에 있어서, 상기 주사 광학 렌즈의 부주사방향 단면의 곡률은: 중심부에서 입사면과 출사면의 곡률 부호가 같은 메니스커스 형상이고; 입사면과 출사면의 곡률 부호가 항상 (-)이며; 입사면의 곡률의 절대값은, 중심부에서 최대이고, 주주사방향을 따라 렌즈의 양쪽에서 각각 적어도 하나의 최소값을 가지며, 상기 양쪽의 최소값들 중 적어도 하나는 0(zero)에 근접한 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 0(zero)에 근접한 입사면의 부주사방향 곡률의 절대값은, 크기가 0 보다 크고 0.001 보다 작은 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 주사 광학 렌즈의 부주사방향 단면에서 출사면의 곡률의 절대값은, 중심부에서 최대이고, 주주사방향을 따라 렌즈의 양쪽에서 각각 적어도 하나의 최소값을 가지며, 상기 양쪽의 적어도 하나의 최소값이 서로 다른 비대칭인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 주사 광학 렌즈의 주주사방향 단면의 형상은 중심부에서 입사면과 출사면의 곡률 부호가 같은 메니스커스 형태이고, 중심부를 기준으로 주주사방향에 따른 입사면과 출사면의 형상 변화가 대칭에 가까운 것을 특징으로 한다.
이때, 입사면과 출사면에서 주주사방향에 따른 부주사방향 단면의 곡률 변화는 -0.1 내지 -0.0001의 범위 내에 있는 것을 특징으로 한다.
이러한 주사 광학 렌즈에서, 부주사방향으로의 결상배율은 1.0배 내지 2.5배의 범위에 있으며, 유효 주사각은 85° 내지 120°의 범위에 있다.
또한, 본 발명의 다른 유형에 따르면, 광을 방출하는 광원, 등속도로 회전하면서 상기 광을 주주사방향으로 편향시키는 빔 편향장치, 상기 광을 균일하게 결상 시키는 주사 광학 렌즈 및 상기 광에 의해 정전잠상을 형성하는 감광체를 포함하는 광 주사 장치에 있어서, 상기 주사 광학 렌즈의 부주사방향 단면의 곡률은: 중심부에서 입사면과 출사면의 곡률 부호가 같은 메니스커스 형상이고; 입사면과 출사면의 곡률 부호가 항상 (-)이며; 입사면의 곡률의 절대값은, 중심부에서 최대이고, 주주사방향을 따라 렌즈의 양쪽에서 각각 적어도 하나의 최소값을 가지며, 상기 양쪽의 최소값들 중 적어도 하나는 0(zero)에 근접한 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 0(zero)에 근접한 입사면의 부주사방향 곡률의 절대값은, 크기가 0 보다 크고 0.001 보다 작은 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광 주사 장치는 빔 편향장치로부터 감광체까지의 거리가 110mm 내지 165mm 의 범위에 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광 주사 장치에서, 상기 빔 편향장치는 광을 감광 드럼을 향해 주주사방향으로 편향시키는 다각형 형상의 편향 미러 및 상기 편향 미러를 등속도로 회전시키기 위한 모터를 포함하며, 상기 편향 미러는 미러면이 4 개인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광원은 부주사방향으로 다수의 광을 방출하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 주사 광학 렌즈 및 이를 채용한 광 주사 장치의 구조 및 동작에 대해 보다 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 광 주사 장치 및 주사 광학 렌즈를 개략적으로 도시하고 있다. 광 주사 장치의 주주사방향 결상 구조 단면을 도시하고 있는 도 4에 도 시된 바와 같이, 광 주사 장치는 하나 또는 다수의 광을 출사하는 광원(31), 상기 광원(31)으로부터 출사되는 광의 광속을 제한하는 구경조리개(32), 상기 광을 평행빔으로 만들어 주는 콜리메이팅 렌즈(32), 상기 평행빔을 부(部)주사 방향을 중심으로 수렴하도록 하는 실린드리컬 렌즈(34), 등속도로 회전하면서 상기 광을 주주사방향으로 편향시키는 빔 편향장치(35), 상기 광을 균일하게 감광체 상에 결상시키는 주사 광학 렌즈(36) 및 상기 광에 노광되어 정전잠상을 형성하는 감광체(37)을 포함한다. 이때, 도 4에서는, 구경조리개(32)가 광원(31)과 콜리메이팅 렌즈(33) 사이에 있지만, 콜리메이팅 렌즈(33)와 실린드리컬 렌즈(34) 사이에 있을 수도 있다. 또한, 상기 광원(31)은 부주사방향으로 다수의 광을 방출할 수 있는 멀티 광원일 수도 있다.
그리고, 빔 편향장치(35)는 감광체(37)을 향해 광을 주주사방향으로 편향시키는 다각형 형상의 편향 미러(35) 및 상기 편향 미러(35)를 등속도로 회전시키기 위한 모터(도시되지 않음)를 포함한다. 상기 편향 미러(35)는 주사각을 크게 할 수 있으면서도 크기를 작게 할 수 있도록, 도 4에 도시된 바와 같이, 편향 미러면의 수가 4개인 것이 바람직하다. 따라서, 상면에서 보았을 때, 상기 편향 미러(35)가 정사각형의 형태를 갖는 것이 바람직하다.
한편, 도 4에서, "A"는 광을 감광체(37)에 균일하게 결상시킬 수 있는 주사 광학 렌즈(36)의 유효 주사각을 나타내며, "L"은 편향 미러(35)면으로부터 감광체(37)의 결상면까지의 거리를 나타내고 있다. 앞서 설명하였듯이, 본 발명의 목적은, 유효 주사각(A)을 크게 하면서, 편향 미러면으로부터 결상면까지의 거리(L)를 작고, 용이하게 제작할 수 있는 주사 광학 렌즈(36)를 설계하는 것이다. 또한, 이렇게 설계된 주사 광학 렌즈(36)를 이용하여 종래에 비해 소형의 광 주사 장치를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명에 따른 주사 광학 렌즈(36)는, 주주사방향(즉, 도 4에서 y-축 방향)에 따른 단면 형상이 중심부(즉, y-축의 원점)에서 입사면과 출사면의 곡률 부호가 같은 메니스커스 렌즈의 형태이고, 중심부(y=0)를 기준으로 주주사방향에 따른 입사면과 출사면의 형상 변화는 대칭에 가깝게 구성된다. 보다 구체적으로, 상기 주사 광학 렌즈(36)의 주주사방향에 따른 입사 단면을 보면, 도 4에 도시된 바와 같이, 중심부에서는 볼록한 형상(즉, 곡률부호가 (+))을 하고 있다. 그리고, 중심부로부터 +y 방향과 -y 방향으로는, 입사 단면이 광의 진행 방향(즉, +z 방향)을 향해 휘어지다가, 렌즈(36)의 끝 부근에서 다시 반대 방향(즉, -z 방향)는 휘어져 오목하게 된 형상을 하고 있다. 즉, 상기 주사 광학 렌즈(36)의 입사면은, 렌즈(36)의 중심부에서는 볼록하고, 양쪽 끝 부근에서는 오목한 형상을 하고 있다.
도 6a는 상기와 같은 본 발명에 따른 주사 광학 렌즈(36)에서 주주사방향에 따른 입사면의 SAG(기준점으로부터 광의 진행방향으로 렌즈 표면이 들어간 깊이) 값의 변화를 예시적으로 나타내는 그래프이다. 즉, 도 6a는, 입사 단면의 중심부에서 렌즈(36) 표면의 z-축상의 위치를 0(zero)으로 했을 때, y-축의 변화에 따른 렌즈 표면의 z-축상의 위치 변화를 나타낸다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 주사 광학 렌즈(36)에서는, +y 방향과 -y 방향으로 입사면의 SAG 값이 지속적으로 크게 증가하다가, 렌즈(36)의 끝 부근에서 SAG 값이 약간 감소한다. 이때, +y 방향과 -y 방향의 SAG 값이 서로 완전한 대칭을 이루는 것이 아니라, 약간의 차이가 있음을 알 수 있다.
또한, 상기 주사 광학 렌즈(36)의 주주사방향에 따른 출사 단면을 보면, 도 4에 도시된 바와 같이, 중심부(y=0)에서는 오목한 형상(즉, 곡률부호가 (+))을 하고 있다. 이때, 입사면에서는 곡률부호가 (+)일 때 볼록하고 (-)일 때 오목하지만, 출사면에서는 곡률부호가 (+)일 때 오목하고 (-)일 때 볼록하다는 점을 유의해야 한다. 그리고, 중심부로부터 +y 방향과 -y 방향으로는, 출사 단면이 광의 진행 방향(즉, +z 방향)을 향해 휘어지다가, 다시 반대 방향(즉, -z 방향)는 휘어져 볼록하게 된 형상을 하고 있다. 즉, 상기 주사 광학 렌즈(36)의 출사면은, 렌즈(36)의 중심부에서는 오목하고, 중심부를 기준으로 양측은 볼록한 형상을 하고 있다.
도 6b는 상술한 본 발명에 따른 주사 광학 렌즈(36)에서 주주사방향에 따른 출사면의 SAG 값의 변화를 예시적으로 나타내는 그래프이다. 즉, 도 6b는, 출사 단면의 중심부에서 렌즈 표면의 z-축상의 위치를 0(zero)으로 했을 때, y-축의 변화에 따른 렌즈 표면의 z-축상의 위치 변화를 나타내고 있다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 주사 광학 렌즈(36)에서는, +y 방향과 -y 방향으로 출사면의 SAG 값이 약간 증가하여 최대가 된 후, 급격하게 감소하기 시작하여 렌즈(36)의 중심부에서 끝부분 사이의 대략 중간 지점에서부터는 SAG 값이 (-)값을 갖는다. 그리고, 렌즈(36)의 양측 끝에서 SAG 값이 최소가 된다. 이때, +y 방향과 -y 방향의 SAG 값이 서로 완전한 대칭을 이루는 것이 아니라, 약간의 차이가 있음을 알 수 있다.
이렇게 주사 광학 렌즈(36)의 입사면이 비대칭이 되어야 하는 이유는 도 5를 참조하여 알 수 있다. 일반적으로, 광 주사 장치에서 광을 주주사방향으로 편향시키기 위해서는 다각형 형상의 편향 미러(35)가 일정한 속도로 회전하면서, 광의 반사 각도를 연속적으로 변화시켜야 한다. 이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 감광체(37)의 오른쪽(-y 방향)으로 광을 편향시키기 위해서는 광이 편향미러(35)에 비스듬하게 입사하여야 하며, 감광체(37)의 왼쪽(+y 방향)으로 광을 편향시키기 위해서는 광이 편향미러(35)에 거의 수직에 가깝게 입사하여야 한다. 그런데, 이렇게 다각형의 편향미러(35)가 회전하면서 광의 입사 및 반사 각도를 조절하게 되면, 도 5에 도시된 바와 같이, 광이 편향미러(35)면에 입사하여 반사되는 위치가 각각 다르게 된다. 더욱이, 광이 편향미러(35)면에 입사하는 각도가 다르게 되므로, 반사되는 광의 직경(즉, 빔경) 역시 각각 조금씩 다르게 된다. 그 결과, 주사 광학 렌즈(36)에 입사하는 광의 직경 및 입사 각도는 주사 광학 렌즈(36)의 중심을 기준으로 대칭을 형성하지 않는다. 따라서, 감광체(37) 상에 광을 보다 균일하게 주사시키기 위해서는, 본 발명에서와 같이 주사 광학 렌즈(36)를 비대칭이 되도록 설계할 필요가 있는 것이다.
이제, 도 7a 내지 도 7d를 참조하여, 본 발명에 따른 주사 광학 렌즈(36)의 부주사방향(도 4에서 x-축 방향. 즉, 도면을 뚫고 나오는 방향)에서의 단면 형상에 대해 설명한다. 입사면에서의 부주사방향 곡률을 도시하는 도 7a 및 출사면에서의 부주사방향 곡률을 도시하는 도 7b를 통해 알 수 있듯이, 주사 광학 렌즈(36)의 중심부에서는 입사면과 출사면의 곡률 부호가 같은 메니스커스 형상을 하고 있다. 그 리고, 입사면과 출사면의 곡률 부호는 항상 (-)를 유지하고 있다. 따라서, 주사 광학 렌즈(36)의 부주사방향 단면은, 입사면에서는 항상 오목한 형상을 하고 있으며, 출사면에서는 항상 볼록한 형상을 하고 있다.
보다 구체적으로, 도 7a에 도시된 바와 같이, 입사면에서 부주사방향 곡률의 절대값은 중심부(y=0)에서 최대이다. 그리고, +y 방향과 -y 방향으로 부주사방향 곡률의 절대값이 급격하게 감소하다가, 렌즈(36)의 끝 부근에서 약간 증가한다. 따라서, 본 발명에 따른 주사 광학 렌즈(36)는 렌즈(36)의 양쪽 끝 부근에서 각각 적어도 하나의 최소값을 갖는다. 이때, -y 방향의 최소값은 0(zero)에 매우 가깝게 근접하도록 비대칭으로 설계된다. 도 7a의 예에서, 상기 -y 방향의 최소값은 대략 0.00046(즉, 입사면에서 부주사방향 곡률이 -0.00046)이다. 입사면에서의 부주사방향의 곡률반경을 도시하는 도 7c을 통해 알 수 있듯이, 곡률이 0에 매우 근접하는 지점에서 곡률반경은 대략 -2000mm에 이르게 되어, 렌즈의 입사면이 거의 평면에 가깝게 됨을 알 수 있다. 여기서, 음(-)의 부호는 렌즈의 입사면이 오목하다는 것을 의미한다. 본 발명에서, 상기 0(zero)에 근접한 입사면의 부주사방향 곡률은 0 보다 작고 -0.001 보다 큰 범위 내에 있으며, 상기 곡률의 절대값으로는 0 보다 크고 0.001 보다 큰 범위 내에 있을 것이 요구된다.
한편, 도 7b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 주사 광학 렌즈(36)의 출사면에서 부주사방향 곡률의 절대값은 중심부(y=0)에서 최대이다. 그리고, +y 방향과 -y 방향으로 부주사방향 곡률의 절대값이 완만하게 감소하다가, 렌즈(36)의 끝 부근에서 약간 증가한다. 따라서, 입사면에서와 마찬가지로, 출사면에서도 본 발명 에 따른 주사 광학 렌즈(36)는 렌즈(36)의 양쪽 끝 부근에서 각각 적어도 하나의 최소값을 갖는다. 이때, 본 발명에 따르면, 상기 주사 광학 렌즈(36)는 상기 양쪽 끝 부근의 최소값이 서로 다른 비대칭이 되도록 설계된다.
이와 같은 본 발명에 따른 주사 광학 렌즈에 의하면, 감광체에 주사되는 광의 간격 및 직경을 매우 균일하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 유효 주사각을 크게 하여 편향장치로부터 감광체까지의 거리를 짧게 할 수 있고, 결상배율을 저배율로 함으로써 안정된 광학 성능을 가지면서도 멀티빔 광 주사 장치에 적용이 쉽다. 더욱이, 렌즈면이 오목에서 볼록으로, 또는 볼록에서 오목으로 변화하지 않기 때문에 제작이 용이하다. 상술한 구성의 주사 광학 렌즈(36)에 따르면, 입사면과 출사면에서 +y 방향과 -y 방향에 따른 부주사방향 단면의 곡률 변화가 -0.1 내지 -0.0001의 범위 내에 있을 경우, 유효 주사각(A), 편향장치로부터 감광체까지의 거리(L) 및 주사 광학 렌즈에 의한 부주사방향의 결상배율(M)을 다음의 수학식 1과 같은 범위에서 얻을 수 있다. 즉,
120°≥ A ≥ 85°
165 mm ≥ L ≥ 110 mm
2.5 배 ≥ M ≥ 1.0 배
이러한 주사 광학 렌즈에 대한 설계의 일례는 다음의 수학식 2 및 표 1로써 예시적으로 나타낼 수 있다. 먼저, 일반적인 주사 광학 렌즈의 비구면식은 다음의 수식으로 표현된다.
Figure 112004029377398-PAT00001
여기서,
Figure 112004029377398-PAT00002
이고, Z는 광의 진행 방향을 기준으로 한 렌즈 표면의 깊이, x는 부주사방향의 좌표, y는 주주사방향의 좌표, Rx는 부주사방향의 곡률반경, Ry는 주주사방향의 곡률반경, ky는 비구면 계수를 각각 나타내며, Am 및 Bn은 각각 소망하는 렌즈를 설계하기 위해 선택될 수 있는 계수 값이다. 상기 수식으로부터, 예컨대, 유효 주사각(A)이 104.2°이고 편향장치로부터 감광체까지의 거리(L)가 142.9mm인, 본 발명에 따른 주사 광학 렌즈를 얻기 위해서는 다음의 표 1과 같이 계수가 결정된다.
Figure 112004029377398-PAT00003
상기 실시예에 따라 설계된 주사 광학 렌즈의 주주사방향에 따른 입사면과 출사면의 SAG 및 부주사방향에 따른 입사면과 출사면의 곡률은 이미 도 6a 및 도 6b, 그리고 도 7a 내지 도 7d에 나타낸 것과 같다. 도 8a 및 도 8b는 이렇게 제조된 주사 광학 렌즈를 채용한 본 발명에 따른 광 주사 장치에서 각각 주주사방향과 부주사방향의 빔경을 나타내는 그래프이다. 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 상기 주사 광학 렌즈를 채용한 본 발명에 따른 광 주사 장치에 따르면, 주사 구간 내에서 빔경의 편차가 매우 적다는 것을 확인할 수 있다. 상기 도면에서, 13.5% 빔경은 광의 강도(intensity)가 최대 강도의 13.5%가 되는 부분까지의 광의 직경을 말한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 주사 광학 렌즈 및 상기 렌즈를 채용한 광 주사 장치에 의하면, 감광체에 주사되는 광의 간격 및 직경을 매우 균일하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 유효 주사각을 크게 하여 편향장치로부터 감광체까지의 거리를 짧게 할 수 있다. 또한, 부주사방향의 결상배율을 저배율로 함으로써 안정된 광학 성능을 가질 수 있기 때무에, 멀티빔 광 주사 장치에 적용이 쉽다. 따라서, 보다 소형화 할 수 있고 고화질 인쇄를 구현할 수 있는 광 주사 장치, 특히, 멀티빔 광 주사 장치를 제공하는 것이 가능하다.
더욱이, 렌즈면이 오목에서 볼록으로, 또는 볼록에서 오목으로 변화하지 않기 때문에 렌즈를 사출하기 위한 금형의 가공이 비교적 쉽다. 따라서, 렌즈의 제작이 용이하고, 렌즈의 제작 비용을 감소시킬 수 있다.

Claims (17)

  1. 빔 편향장치에 의해 편향된 광을 감광체에 결상시키는 광 주사 장치용 주사 광학 렌즈에 있어서,
    상기 주사 광학 렌즈의 부주사방향 단면의 곡률은:
    중심부에서 입사면과 출사면의 곡률 부호가 같은 메니스커스 형상이고;
    입사면과 출사면의 곡률 부호가 항상 (-)이며;
    입사면의 곡률의 절대값은, 중심부에서 최대이고, 주주사방향을 따라 렌즈의 양쪽에서 각각 적어도 하나의 최소값을 가지며, 상기 양쪽의 최소값들 중 적어도 하나는 0(zero)에 근접한 것을 특징으로 하는 주사 광학 렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 0(zero)에 근접한 입사면의 부주사방향 곡률의 절대값은, 크기가 0 보다 크고 0.001 보다 작은 것을 특징으로 하는 주사 광학 렌즈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 주사 광학 렌즈의 부주사방향 단면에서 출사면의 곡률의 절대값은, 중심부에서 최대이고, 주주사방향을 따라 렌즈의 양쪽에서 각각 적어도 하나의 최소값을 가지며, 상기 양쪽의 최소값이 서로 다른 비대칭인 것을 특징으로 하는 주사 광학 렌즈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 주사 광학 렌즈의 주주사방향 단면의 형상은 중심부에서 입사면과 출사면의 곡률 부호가 같은 메니스커스 형태이고, 중심부를 기준으로 주주사방향에 따른 입사면과 출사면의 형상 변화가 대칭에 가까운 것을 특징으로 하는 주사 광학 렌즈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 입사면과 출사면에서 주주사방향에 따른 부주사방향 단면의 곡률 변화가 -0.1 내지 -0.0001의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 주사 광학 렌즈.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주사 광학 렌즈에 의한 부주사방향으로의 결상배율이 1.0배 내지 2.5배의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 주사 광학 렌즈.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    유효 주사각이 85° 내지 120°의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 주사 광학 렌즈.
  8. 광을 방출하는 광원, 등속도로 회전하면서 상기 광을 주주사방향으로 편향시키는 빔 편향장치, 상기 광을 균일하게 결상시키는 주사 광학 렌즈 및 상기 광에 의해 정전잠상을 형성하는 감광체를 포함하는 광 주사 장치에 있어서,
    상기 주사 광학 렌즈의 부주사방향 단면의 곡률은:
    중심부에서 입사면과 출사면의 곡률 부호가 같은 메니스커스 형상이고;
    입사면과 출사면의 곡률 부호가 항상 (-)이며;
    입사면의 곡률의 절대값은, 중심부에서 최대이고, 주주사방향을 따라 렌즈의 양쪽에서 각각 적어도 하나의 최소값을 가지며, 상기 양쪽의 최소값들 중 적어도 하나는 0(zero)에 근접한 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 0(zero)에 근접한 입사면의 부주사방향 곡률의 절대값은, 크기가 0 보다 크고 0.001 보다 작은 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 주사 광학 렌즈의 부주사방향 단면에서 출사면의 곡률의 절대값은, 중심부에서 최대이고, 주주사방향을 따라 렌즈의 양쪽에서 각각 적어도 하나의 최소값을 가지며, 상기 양쪽의 최소값이 서로 다른 비대칭인 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 주사 광학 렌즈의 주주사방향 단면의 형상은 중심부에서 입사면과 출사 면의 곡률 부호가 같은 메니스커스 형태이고, 중심부를 기준으로 주주사방향에 따른 입사면과 출사면의 형상 변화가 대칭에 가까운 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 주사 광학 렌즈의 입사면과 출사면에서 주주사방향에 따른 부주사방향 단면의 곡률 변화가 -0.1 내지 -0.0001의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 주사 광학 렌즈의 유효 주사각이 85° 내지 120°의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 주사 광학 렌즈에 의한 부주사방향으로의 결상배율이 1.0배 내지 2.5배의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 빔 편향장치로부터 감광체까지의 거리가 110mm 내지 165mm 의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  16. 제 8 항에 있어서,
    상기 빔 편향장치는 광을 감광 드럼을 향해 주주사방향으로 편향시키는 다각형 형상의 편향 미러 및 상기 편향 미러를 등속도로 회전시키기 위한 모터를 포함하며, 상기 편향 미러는 미러면이 4 개인 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  17. 제 8 항에 있어서,
    상기 광원은 부주사방향으로 다수의 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
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