KR20060115451A

KR20060115451A - 광주사장치용 주사광학렌즈

Info

Publication number: KR20060115451A
Application number: KR1020050037850A
Authority: KR
Inventors: 장경남
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-05-06
Filing date: 2005-05-06
Publication date: 2006-11-09

Abstract

본 발명에 의하면 광주사장치용 주사광학렌즈가 개시되어 있다. 개시된 주사광학렌즈는 빔편향기에 의해 편향된 광을 감광체 상에 결상시키는 광주사장치용 주사광학렌즈에 있어서, 편향된 광이 들어오는 입사면, 입사된 광이 반사되는 적어도 하나 이상의 반사면, 및 반사된 광이 나가는 출사면을 포함하는 것을 특징으로 한다. 개시된 주사광학렌즈에 의하면, 이를 포함하여 구성된 광주사장치에서, 부품의 개수가 감소되고, 광학적인 미스-얼라인(mis-align)이 방지된다.

Description

광주사장치용 주사광학렌즈{Scanning optical lens for light scanning unit}

도 1은 종래기술에 의한 광주사장치의 광학적인 배치를 개략적으로 도시한 평면도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 주사광학렌즈가 채용된 광주사장치의 구조를 개략적으로 도시한 사시도이다.

도 3은 도 2에 도시된 광주사장치의 측면도이다.

도 4는 도 2에 도시된 주사광학렌즈의 다른 측면을 보인 사시도이다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 의한 주사광학렌즈가 채용된 광주사장치의 개략적 구조를 보인 측면도이다.

〈도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명〉

1, 21 : 광원 3, 23 : 콜리메이팅 렌즈

7, 27 : 실린드리컬 렌즈 11, 31 : 폴리건 미러

11, 40, 60 : 주사광학렌즈 41, 61 : 입사면

43, 63, 65 : 반사면 45, 67 : 출사면

50 : 감광체

본 발명은 광주사장치에 채용되는 주사광학렌즈에 관한 것으로서, 편향 주사된 광빔을 감광체 상에 결상시키기 위해 배율을 조절하는 주사광학렌즈에 관한 것이다.

일반적으로, 광주사장치(Laser scanning unit; LSU)는 레이저 프린터, 디지털 복사기, 바코드 리더, 팩시밀리 등의 기기에 채용되는 것으로, 빔편향기에 의한 주주사와, 감광체의 회전에 의한 부주사를 통하여 피노광면에 잠상(latent image)을 형성한다.

도 1은 이러한 광주사장치를 개략적으로 도시하고 있는데, 도시된 광주사장치는 광 경로를 따라서 순차로 배치된 광원(1), 콜리메이팅 렌즈(3), 실린드리컬 렌즈(7), 빔편향기(9), 주사광학렌즈(11), 반사 미러(13) 및 감광체(15)를 포함하여 이루어진다. 동 도면에서는 설명의 편의를 위하여, 광원(1)으로부터 반사영역(P`)까지는 상측에서 본 평면도로 도시되어 있고, 반사영역(P`)으로부터 감광체(15)까지는 측면도로 도시되어 있다. 상기 광원(1)으로부터 출사된 광은 콜리메이팅 렌즈(3)를 거쳐서 평행빔으로 변환되고, 상기 평행빔은 실린드리컬 렌즈(7)를 통과하면서 부주사 방향으로 수렴된다. 이어서, 이렇게 수렴된 광은 고속으로 회전하는 빔편향기(9)에 의해 주주사 방향으로 편향되고, 편향빔이 주사광학렌즈(11)를 거치면서 주주사 방향과 부주사 방향으로 서로 다른 배율로 보정되고, 이어서 반사 미러(13)를 거쳐서 감광체(15), 예를 들어, 감광 드럼 상에 결상된다.

상기 주사광학렌즈(11)는 빔편향기(9)를 거친 광이 감광체(15) 상에서 초점을 형성하도록 배율을 조절하는 기능을 수행한다. 이에 따라 주사광학렌즈(11)의 입사면(11a) 및 출사면(11b)은 주주사 방향으로 가면서 연속적으로 변화하는 형상으로 설계된다. 주사광학렌즈(11)로부터 출사된 광은 반사 미러(13)에 의해 광로가 변경되어 하방의 감광체(15) 상에 결상된다.

전술한 바와 같이, 광주사장치에는 다수의 광학 부품들이 요구되므로, 이들 부품의 자체 비용으로 인하여, 전체적인 광주사장치의 제조비용에 부담을 주게 됨은 물론, 부품들의 장착에 요구되는 공정 시간으로 인하여 제품 수율이 감소하는 문제점이 발생된다. 특히, 이들 광학 부품들은 높은 정밀도로 얼라인되어야만 광빔이 감광체 상의 정확한 위치에 결상되며, 미세한 조립 공차로 인하여 화상의 품질이 저하되는 등의 신뢰도 문제가 발생된다. 만일 레이저 프린터에 적용되는 광주사장치에 있어서, 상기 반사 미러의 각도에 오차가 발생되거나, 그 반사면이 왜곡되는 경우, 광주사장치에서 출사되는 광빔이 감광 드럼의 정위치에서 주주사 방향이나 부주사 방향으로 미소 이격된 위치에 결상되며, 이로 인해 인쇄 품질이 저하되는 현상이 발생되는 것이다. 따라서, 이들 장착에는 정밀한 작업이 요구되며, 광학 부품들의 이동을 방지하고 정확한 위치에 고정하기 위한 장착 치구들도 정밀한 것이 사용되어야 한다.

이러한 문제점들과 함께, 다수의 부품들이 장착되기 위해서는 이들이 점유하는 공간의 확보가 필요하므로, 결국, 전체적인 광주사장치의 컴팩트화하는데, 한계 요인으로 작용하게 되는 문제점도 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점 및 그 밖의 다른 문제점들을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 전체적인 광주사장치의 부품 개수가 감소되고 부품들의 광학적 미스-얼라인(mis-align)이 감소되도록 복합 기능을 수행하는 주사광학렌즈를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 광주사장치용 주사광학렌즈는, 빔편향기에 의해 편향된 광을 감광체 상에 결상시키는 광주사장치용 주사광학렌즈에 있어서, 상기 편향된 광이 들어오는 입사면, 입사된 광이 반사되는 적어도 하나 이상의 반사면, 및 반사된 광이 나가는 출사면을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 반사면은 상기 주사광학렌즈에 대한 입사광 및 출사광의 광축이 실질적으로 수직을 이루도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 반사면은 투명한 몸체의 외표면에 금속 코팅되어 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어 바람직하게, 상기 입사면은 주주사 방향으로는 가장자리에서 중앙으로 가면서 볼록한 형상으로, 부주사 방향으로는 제1 곡률을 가진 오목한 형상으로 형성되고, 상기 출사면은 주주사 방향으로는 2회의 만곡 부위를 갖는 볼록한 형상으로, 부주사 방향으로는 제2 곡률을 갖는 볼록한 형상으로 형성된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 광주사장치용 주사광학렌즈는,

광이 내부로 유입되는 입사면;

상기 입사된 광이 반사되는 제1 반사면;

상기 제1 반사면에서 반사된 광이 재차 반사되는 제2 반사면; 및

상기 제2 반사면에서 반사된 광이 외부로 나가는 출사면을 구비하되,

상기 입사면 및 출사면은 서로 이웃하고, 상기 제1 반사면 및 제2 반사면은 상기 입사면 및 출사면과 각각 이웃하면서 비스듬히 서로에 대해 마주보도록 형성되어서, 상기 입사면을 통해 입사되는 광의 축 및 상기 출사면을 통해 출사되는 광의 축은 서로에 대해 실질적으로 수직을 이룬다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 광주사장치용 주사광학렌즈의 구조 및 동작에 대해 보다 상세히 설명한다. 도 2 및 도 3에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 주사광학렌즈를 채용한 광주사장치의 사시도 및 측면도가 각각 도시되어 있다. 도면들에 도시된 광주사장치는 광을 생성하여 조사하는 광원(21), 이 광원(21)에서 출사된 빔이 감광체(50) 상에 주사되도록 입사광을 편향시키는 빔편향기(30), 주사 방향으로 편향된 빔이 감광체(50) 상에 초점을 맺도록 주주사 방향으로 가면서 배율을 조정하는 주사광학렌즈(40)를 포함한다.

상기 광원(21)은 공지된 반도체 레이저나 LED 등으로 구성될 수 있다. 상기 빔편향기(30)는 광원(21)으로부터 조사된 빔을 감광체(50) 상의 주주사 방향으로 편향시켜서 주사하기 위한 것으로, 구동원(33) 및 상기 구동원(33)에 의해 고속 회전되는 폴리건 미러(31)를 포함한다. 여기서, 주주사 방향은 빔편향기(30)에 의해 빔이 주사되는 방향을 의미하고, 감광체(50)의 회전축 방향에 해당된다. 이에 대 해, 후술할 부주사 방향은 감광체(50)의 회전 방향을 의미한다. 상기 폴리건 미러(31)는 다각형의 측면에 형성된 다수의 반사 미러를 포함한다. 한편, 도 2 및 도 3에서 도면부호 P는 입사된 광이 반사되는 폴리건 미러 상의 반사영역을 나타낸다.

상기 광원(21) 및 폴리건 미러(31) 사이에는 광로를 따라 순차로, 콜리메이팅 렌즈(23), 어퍼쳐(25) 및 실린드리컬 렌즈(27)가 배치될 수 있는데, 콜리메이팅 렌즈(23)는 광원(21)에서 발산되는 빔을 평행빔이나 수렴하는 빔으로 변환하는 기능을 하고, 콜리메이팅 렌즈(23)에 이어서 설치된 어퍼쳐(25)는 콜리메이팅 렌즈(23)를 통과한 광빔이 소정의 단면적을 가지도록 광의 형태를 한정하는 기능을 한다. 이렇게 규제된 형태의 광은 실린드리컬 렌즈(27)를 통과하면서 주주사 방향 및 부주사 방향으로 서로 다른 배율로 집속되어서, 상기 빔편향기(30)에 결상된다.

상기 빔편향기(30)에서 반사되면서 주주사 방향으로 편향되는 빔은, 소위 에프-세타 렌즈(f-θ lens)로도 불리는 주사광학렌즈(40)를 통하여, 주주사 방향 및 부주사 방향으로 서로 다른 배율로 집속되고, 이에 따라, 입사광은 감광체(50) 상에 결상되어서 잠상(latent image)을 형성하게 된다.

이러한 주사광학렌즈(40)는 투명한 재질, 예를 들어, 투명 플라스틱 재질로 이루어진 투명 몸체를 가진다. 상기 주사광학렌즈(40)는 광이 굴절 투과되는 입사면(41), 상기 입사면(41)을 통하여 수평하게 내부로 유입된 광을 반사시켜 광 경로를 변화시키는 반사면(43), 및 상기 반사면(43)에서 반사된 광을 굴절 투과시키면서 그 하방으로 진행하도록 하는 출사면(45)을 포함하여 이루어진다. 도 3에서 볼 수 있듯이, 상기 입사면(41), 반사면(43), 및 출사면(45)은 대략적으로 삼각 프리 즘 형상의 서로 다른 면들을 형성하면서 서로에 대해 적어도 일부에서 이웃하도록 형성될 수 있다. 여기서, 상기 입사면(41), 및 출사면(45)은 투명 몸체 상의 면들이다.

상기 입사면(41)은 빔편향기(30)로부터의 입사광을 굴절 투과시키는데, 이를 위하여 상기 입사면(41)은 주주사 방향 및 부주사 방향으로 연속적으로 변화하는 형상의 곡면으로 이루어질 수 있다.

도 4는 도 2의 주사광학렌즈를 다른 측면에서 본 사시도이다. 상기 입사면(41)의 형상은 구체적인 광학 설계에 따라 결정될 수 있는데, 예를 들어, 도 4를 참조하면, 주주사 방향으로는 가장자리에서 중앙으로 가면서 볼록한 형상으로 형성될 수 있다. 부주사 방향으로는, 도 3에서 볼 수 있듯이, 소정의 곡률을 가진 오목한 형상으로 이루어질 수 있다.

입사면(41)을 통하여 내부로 들어온 광은 소정의 각도로 경사진 반사면(43)에 반사되어서 직하방으로 진행한다. 상기 반사면(43)은 투명 몸체의 외표면에 금속 코팅을 행하여 얻어질 수 있는데, 예를 들어, 반사율이 우수한 은(Ag)으로 코팅될 수 있다. 상기 반사면(43)은 입사광의 광축(L_I) 및 출사광의 광축(L_O)이 서로에 대해 수직을 이루도록 하는 소정의 경사각을 갖을 수 있다.

상기 출사면(45)은 상기 반사면(43)에서 반사되어 하방으로 진행하는 광을 굴절 투과시키는데, 상기 출사면(45)은 주주사 방향 및 부주사 방향으로 연속적인 형태의 곡면으로 이루어질 수 있다. 상기 출사면(45)은, 예를 들어, 도 4에서 볼 수 있듯이, 주주사 방향으로는 2회의 만곡 부위(C1,C2)를 갖는 볼록한 형상으로 형성될 수 있고, 도 3에서 볼 수 있듯이, 부주사 방향으로는 소정의 곡률을 갖는 볼록한 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 출사면(45)의 형상은 구체적인 광학 설계에 따라서 다양하게 변경될 수 있다. 출사면(45)을 통하여 외부로 출사된 광은 그 직하방에 설치된 감광체(50) 상에 결상되어서 잠상을 형성하게 된다.

도 5에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 주사광학렌즈가 적용된 광주사장치의 개략도가 도시되어 있다. 도시된 광주사장치도 광을 생성하고 조사하는 광원(21), 상기 광원(21)으로부터의 입사광을 반사시켜서 주주사 방향으로 편향시키는 폴리건 미러(31), 및 폴리건 미러(31)에 의해 편향된 빔을 감광체(50) 상으로 집속시켜서 결상되도록 하는 주사광학렌즈(60)를 포함한다. 그리고, 상기 광원(21) 및 폴리건 미러(31) 사이에는 상기 광원(21)에서 입사된 발산 광을 평행빔으로 변환하는 콜리메이팅 렌즈(23), 평행빔을 소정의 형태로 규제하는 어퍼쳐(25), 및 어퍼쳐(25)에 이어서 설치되어 평행빔을 부주사 방향으로 폴리건 미러(31)에 대해 집속시키는 실린드리컬 렌즈(27)를 구비한다.

상기 주사광학렌즈(60)는 폴리건 미러(31)로부터 내부로 입사되는 광을 굴절시키는 입사면(61), 상기 입사광을 순차로 반사시켜서 광 경로를 변경하는 것으로 서로 비스듬히 마주보는 제1 반사면(63), 제2 반사면(65), 및 반사된 광을 굴절 투과시켜서 외부로 출사하는 출사면(67)을 포함한다.

상기 입사면(61)은 주주사 방향 및 부주사 방향으로 연속적으로 변화하는 곡면 형상으로 형성되며, 입사광을 투과시킨다. 예를 들어, 부주사 방향으로는 소정 의 곡률을 가진 오목한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제1 반사면(63) 및 제2 반사면(65)은 서로 비스듬히 마주보도록 배치되어서 제1 반사면(63)에서 반사된 광이 제2 반사면(65)을 향하여 입사되도록 한다. 즉, 입사면(61)을 통하여 내부로 들어온 광은 제1 반사면(63) 및 제2 반사면(65)에 의해 순차로 반사되면서, 그 경로 상의 광축이 실질적으로 수직이 되게 변경되고 수평하게 입사된 광은 하방을 향하여 진행된다. 즉, 입사면(61)으로 입사되는 광의 축과 제2 반사면(65)으로 입사되어 출사면(67)으로 향하는 광의 축이 서로에 대해 수직하다. 상기 제1 반사면(63) 및 제2 반사면(65)은 투명 몸체의 외표면에 금속 코팅을 행하여 얻어질 수 있는데, 예를 들어, 반사율이 우수한 은(Ag) 소재로 코팅될 수 있다.

상기 출사면(67)은 주주사 방향 및 부주사 방향으로 가면서 연속적으로 변화하는 형상을 갖도록 형성되는데, 예를 들어, 부주사 방향으로는, 도 5에서 볼 수 있듯이, 소정의 곡률을 가진 볼록한 형상으로 형성될 수 있고, 이러한 출사면(67)을 통과하면서, 광빔은 하방의 감광체(50) 상으로 집속된다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 주사광학렌즈는 입사 광빔의 진행 경로를 바꾸는 반사면을 구비함으로써, 종래 주사광학렌즈에서와 같이 감광체 상으로 광빔을 결상시키는 기능을 수행함은 물론, 광 경로를 바꾸는 기능도 함께 수행하게 된다. 따라서, 이러한 주사광학렌즈가 적용된 광주사장치에 있어서는, 도 1에 도시된 바와 같이 광 경로를 바꾸기 위한 별도의 반사 미러가 필요없다. 결국, 반사 미러 및 이의 고착을 위한 장착 치구 등이 제거됨으로써, 제조비용의 절감이 가능하고, 반사 미러의 장착에 의한 공정 지연이 발생되지 않아서 제품의 수율이 증가하게 된 다. 한편, 반사 미러의 장착 오류나 반사 미러의 왜곡으로 인한 광학적 미스-얼라인(mis-align)을 구조적으로 방지할 수 있는데, 이는 컬러 재현성이나 화상 품질을 포함한 제품의 신뢰도가 향상됨을 의미하는 것이다.

한편, 본 명세서에서는 광주사장치의 일례로서 레이저 프린터에 적용되는 광학적 배치구조를 예로 들어 설명하였으나, 이외에도 다양한 변형이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 용이하게 이해될 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 주사광학렌즈는 입사 광빔의 진행 경로를 바꾸는 반사 기능을 겸함으로써, 이것이 채용된 광주사장치에서는, 부품 개수가 감소되고, 조립 공정이 신속히 이루어지며, 제조원가의 절감이 가능하게 된다. 그리고, 광학적인 배치 구조가 단순화됨으로써, 광학적인 얼라인이 보다 용이해지고, 얼라인 오류로 인한 제품 신뢰도 저하를 구조적으로 해소한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims

빔편향기에 의해 편향된 광을 감광체 상에 결상시키는 광주사장치용 주사광학렌즈에 있어서,

상기 편향된 광이 들어오는 입사면;

상기 입사된 광이 반사되는 적어도 하나 이상의 반사면; 및

상기 반사된 광이 나가는 출사면;을 포함하는 것을 특징으로 하는 광주사장치용 주사광학렌즈.
제1항에 있어서,

상기 반사면은 상기 주사광학렌즈에 대한 입사광 및 출사광의 광축이 실질적으로 수직을 이루도록 형성된 것을 특징으로 하는 광주사장치용 주사광학렌즈.
제1항에 있어서,

상기 반사면은 투명한 몸체의 외표면에 금속 코팅되어 형성된 것을 특징으로 하는 광주사장치용 주사광학렌즈.
제1항에 있어서,

상기 입사면은 주주사 방향으로는 가장자리에서 중앙으로 가면서 볼록한 형상으로, 부주사 방향으로는 제1 곡률을 가진 오목한 형상으로 형성되고,

상기 출사면은 주주사 방향으로는 2회의 만곡 부위를 갖는 볼록한 형상으로, 부주사 방향으로는 제2 곡률을 갖는 볼록한 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광주사장치용 주사광학렌즈.
광이 내부로 유입되는 입사면;

상기 입사된 광이 반사되는 제1 반사면;

상기 제1 반사면에서 반사된 광이 재차 반사되는 제2 반사면; 및

상기 제2 반사면에서 반사된 광이 외부로 나가는 출사면을 구비하되,

상기 입사면 및 출사면은 서로 이웃하고, 상기 제1 반사면 및 제2 반사면은 상기 입사면 및 출사면과 각각 이웃하면서 비스듬히 서로에 대해 마주보도록 형성되어서, 상기 입사면을 통해 입사되는 광의 축 및 출사면을 통해 출사되는 광의 축은 서로에 대해 실질적으로 수직을 이루는 광주사장치용 주사광학렌즈.