KR20200028728A - 결상 렌즈를 이용한 주사선 만곡 보정 - Google Patents

결상 렌즈를 이용한 주사선 만곡 보정 Download PDF

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Abstract

개시된 광주사 장치는, 광빔을 방출하는 광원부와, 광빔을 주주사 방향으로 편향 주사시키는 광 편향기와, 편향된 광빔을 피노광체에 등속 주사하여 결상시키는 결상 렌즈를 포함한다. 결상 렌즈의 부주사 방향의 곡률은 결상 렌즈의 굴절률 편차에 기인하는 주사선 만곡을 보상하도록 결정된다.

Description

결상 렌즈를 이용한 주사선 만곡 보정{Compensation for scan line curvature by using imaging lens}
전자사진방식 프린터는 감광체에 형성된 정전잠상을 가시적인 토너 화상으로 현상시키고, 토너 화상을 기록매체로 전사한 후에 정착시킴으로써 화상을 인쇄한다. 전자사진 프린터에는 화상정보에 대응되어 변조된 광을 주주사방향으로 편향시킨 후에 부주사 방향으로 이동되는 감광체에 조사하는 광주사 장치가 채용된다.
광주사 장치는 광원으로부터 조사된 광을 감광체에 스폿(spot) 형태로 결상시키기 위하여 콜리메이팅렌즈, 실린더리컬렌즈, 에프-쎄타(fθ)렌즈(결상 렌즈) 등의 광학소자를 구비한다. 결상 렌즈의 제조 과정에서 결상 렌즈의 굴절률이 부주사 방향 및 주주사 방향으로 일정하지 않을 수 있으며, 이로 인하여 감광체 상에 결상되는 주사선이 주주사 방향과 평행하지 않고 만곡될 수 있다. 이를 주사선 만곡이라 한다.
도 1은 전자사진방식 프린터의 일 실시예의 개략적인 구성도이다.
도 2는 광주사 장치의 일 실시예의 주주사 평면을 보여준다.
도 3은 도 2에 도시된 광주사 장치의 일 실시예의 부주사 평면을 보여준다.
도 4는 결상 렌즈의 부주사 방향의 굴절률 편차분포의 일 예이다.
도 5는 결상 렌즈의 주주사 방향의 굴절률 편차의 일 예이다.
도 6은 경사 광학계에서 광빔이 결상 렌즈를 통과하는 위치를 보여주는 도면이다.
도 7은 굴절률 편차에 기인하는 주사선 만곡의 일 예를 보여주는 그래프이다.
도 8은 제2주사선 만곡의 일 예를 보여주는 그래프이다.
도 9는 결상 렌즈의 광축 방향의 두께의 일 예를 보여주는 그래프이다.
도 10은 굴절률이 n으로 일정할 때에, 보상설계된 결상 렌즈의 굴절력과 이상적인 결상 렌즈의 굴절력의 차이를 보여주는 그래프이다.
도 11은 광주사 장치의 일 실시예의 주주사 평면을 보여준다.
도 12는 도 11에 도시된 광주사 장치의 일 실시예의 부주사 평면을 보여준다.
도 13은 광주사 장치의 일 실시예의 개략적인 사시도이다.
전자사진방식 프린터는 적어도 하나의 감광체와, 감광체에 광빔을 조사하여 정전잠상을 형성하는 광주사 장치와, 정전 잠상에 현상제를 공급하여 가시적인 토너 화상을 형성하는 현상기와, 토너 화상을 인쇄 매체로 전사시키는 전사기와, 토너 화상을 인쇄 매체에 정착시키는 정착기를 포함할 수 있다. 광주사 장치는 도 2 내지 도 13에서 설명하는 주사선 만곡을 보정할 수 있도록 부주사 방향의 곡률이 설계된 결상 렌즈를 채용한다. 이하에서, 광주사 장치와 이를 채용한 전자사진방식 프린터의 실시예들을 설명한다.
도 1은 전자사진방식 프린터의 일 실시예의 개략적인 구성도이다. 도 1을 보면, 감광드럼(300), 대전롤러(301), 광주사 장치(100), 현상기(200), 중간전사벨트(400), 전사롤러(500), 정착기(600)가 도시되어 있다.
감광드럼(300)은 감광체의 일 예로서, 원통형 금속 파이프의 외주면에 소정 두께의 감광층이 형성된 것이다. 감광체로서, 벨트 형태의 감광벨트가 적용될 수도 있다. 대전롤러(301)는 감광드럼(300)에 접촉되어 회전된다. 대전롤러(301)는 감광드럼(300)의 표면을 균일한 전위로 대전시키는 대전기의 일 예이다. 대전롤러(301)에는 대전바이어스전압이 인가된다. 대전롤러(301) 대신에 코로나 대전기(미도시)가 사용될 수도 있다. 광주사 장치(100)은 피노광체인 균일한 전위를 가지도록 대전된 감광드럼(300)에 화상정보에 대응되어 변조된 광빔을 주사하여 정전잠상을 형성한다.
현상기(200) 내부에는 토너가 수용된다. 토너는 현상기(200)와 감광드럼(300) 사이에 인가되는 현상바이어스전압에 의하여 감광드럼(300)으로 이동되어, 정전잠상을 가시적인 토너화상으로 현상시킨다. 감광드럼(300)에 형성된 토너화상은 중간전사벨트(400)로 전사된다. 토너화상은 전사롤러(500)에 인가되는 전사바이어스에 의하여 전사롤러(500)와 중간전사벨트(400)사이로 이송되는 용지(P)로 전사된다. 용지로 전사된 토너화상은 정착기(600)로부터 열과 압력을 받아 용지에 정착됨으로써 화상형성이 완료된다.
칼라화상을 인쇄하기 위하여, 4개의 감광드럼(300K, 300M, 300Y, 300C)에는 각각 흑색(K), 마젠타(M), 엘로우(Y), 시안(C) 색상의 화상정보에 대응되는 정전잠상이 형성된다. 4개의 현상기(200K, 200M, 200Y, 200C)는 각각 흑색(K), 마젠타(M), 엘로우(Y), 시안(C)의 색상의 토너를 감광드럼(300K, 300M, 300Y, 300C)에 공급하여 흑색(K), 마젠타(M), 엘로우(Y), 시안(C)의 색상의 토너화상을 형성시킨다. 흑색(K), 마젠타(M), 엘로우(Y), 시안(C)의 색상의 토너화상은 중간전사벨트(400)로 중첩 전사된 후에 다시 용지(P)로 전사된다.
광주사 장치(100)는 광빔을 방출하는 광원부와, 상기 광빔을 주주사 방향으로 편향 주사시키는 광 편향기와, 상기 편향된 광빔을 피노광체에 등속 주사하여 결상시키는 결상 렌즈를 포함할 수 있다. 칼라 화상을 인쇄하는 전자사진방식 프린터에 사용되는 광주사 장치(100)는 흑색(K), 마젠타(M), 엘로우(Y), 시안(C)의 색상에 대응되는 4개의 광빔을 주사하며, 이를 위하여 4개의 광 편향기가 필요하다. 텐덤형 광주사 장치는 장치의 크기와 부품의 수를 줄이기 위하여, 한 개 또는 두 개의 광 편향기를 채용하고, 광빔들이 광 편향기에 부주사 방향으로 경사지게 입사된다. 본 실시예의 광주사 장치(100)는 하나의 광 편향기를 채용하는 텐덤형 광주사 장치이다.
도 2는 광주사 장치(100)의 일 실시예의 주주사 평면을 보여준다. 도 3은 도 2에 도시된 광주사 장치(100)의 일 실시예의 부주사 평면을 보여준다. 도 2에서는 설명의 편의상 반사부재들(161C, 161M, 161Y, 161K, 163C, 163M, 163Y, 163K)에 의해 변경되는 광경로는 표시하지 않았으며, 광빔들(L1, L2, L3, L4)이 광 편향기(140)에 부주사 방향으로 경사 입사됨에 따라 겹쳐지는 광학부품들은 하나씩만 도시하였다.
도 2와 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 광주사장치(100)는 복수의 광빔(L1, L2, L3, L4)을 주주사 방향으로 주사하는 장치로서, 제1 내지 제4 광빔(L1, L2, L3, L4)을 방출하는 광원부(110), 광 편향기(140), 및 제1 내지 제4 광빔(L1, L2, L3, L4)을 각각 피노광체인 감광드럼(300C, 300M, 300Y, 300K)에 결상시키는 결상 렌즈를 포함한다.
예를 들어, 광원부(110)는 제1 내지 제4광원(110C, 110M, 110Y, 110K)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제4광원(110C, 110M, 110Y, 110K)은 감광드럼(300C, 300M, 300Y, 300K)에 각각 대응되는 제1 내지 제4 광빔(L1, L2, L3, L4)을 방출한다. 제1 및 제2 광원(110C, 110M)은 짝을 이루어 상하방향으로 나란하게 배치될 수 있다. 제3 및 제4광원(110Y, 110K)은 짝을 이루어 상하방향으로 나란하게 배치될 수 있다. 제1 및 제2 광원(110C, 110M)과 제3 및 제4 광원(110Y, 110K)은 광 편향기(140)를 기준으로 하여 마주보게 배치될 수 있다. 광원의 개수와 배치 형태 등은 여기에 한정되는 것은 아니며 다양하게 변형될 수 있다. 제1 내지 제4광원(110C, 110M, 110Y, 110K)은 하나의 회로 보드에 배치될 수 있다. 제1 내지 제4 광원(110C, 110M, 110Y, 110K)은 각각 제1 내지 제4 광빔(L1, L2, L3, L4)을 조사하는 레이저 다이오드를 포함할 수 있다.
광 편향기(140)는 복수의 편향면(142), 즉 반사면을 가지는 회전 다면경(141)과, 회전 다면경(141)을 회전시키는 모터(145)를 포함할 수 있다. 광 편향기(140)는 회전 다면경(141)이 회전함에 따라 입사되는 제1 내지 제4광빔(L1, L2, L3, L4)을 주주사 방향으로 편향시킨다. 도 2에서는 6개의 편향면(142)을 가지는 광 편향기(140)를 도시하였으나, 광 편향기(140)의 편향면의 개수는 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 내지 제4 광빔(L1, L2, L3, L4)은 기준 평면(RP)에 대하여 부주사 방향으로 각각 경사지게 광 편향기(140)에 입사될 수 있다. 기준 평면(RP)은 예를 들어, 광 편향기(140)의 회전축에 직교하고, 제1 내지 제4 광빔(L1, L2, L3, L4)의 편향면(142)에의 입사점을 포함하는 평면일 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2광빔(L1, L2)은 동일한 입사점(IPA)에 입사되며, 기준 평면(RP)에 대하여 부주사 방향으로 대칭일 수 있다. 또한, 제3, 제4광빔(L3, L4)은 동일한 입사점(IPB)에 입사되며, 기준 평면(RP)에 대하여 부주사 방향으로 대칭일 수 있다. 기준 평면(RP)은 입사점(IPA)와 입사점(IPB)을 모두 포함할 수 있다. 도면으로 도시되지는 않았지만, 입사점(IPA, IPB)을 각각 포함하고 광 편향기(140)의 회전축에 직교하는 두 개의 기준 평면이 정의될 수도 있다. 도면에서 기준 평면(RP)은 횡방향으로 연장된 상태로 표시되나, 실제로는 후술하는 제1반사부재(161C, 161M, 161Y, 161K), 제2반사부재(163C, 163M, 163Y, 163K)에 의하여 반사되어 제1, 제2, 제3, 제4광빔(L1, L2, L3, L4)의 진행 경로를 따라 연장된다.
제1, 제2광원(110C, 110M)과 광 편향기(140) 사이에는 제1, 제2광빔(L1, L2)을 평행 광속으로 정형하는 콜리메이팅 렌즈(120C, 120M)와, 제1, 제2광빔(L1, L2)을 광 편향기(140)의 편향면(142)에 집속시키는 실린드리컬 렌즈(130A)가 마련될 수 있다. 실린드리컬 렌즈(130A)는 제1, 제2광빔(L1, L2)에 대해 공통적으로 사용될 수 있다. 좌측의 경우도 마찬가지로, 제3, 제4광원(110Y, 110K)과 광 편향기(140) 사이에는 제3, 제4광빔(L3, L4)을 평행광속으로 정형하는 콜리메이팅 렌즈(120Y, 120K)와, 제3, 제4광빔(L3, L4)을 광 편향기(140)의 편향면(142)에 집속시키는 실린드리컬 렌즈(130B)가 마련될 수 있다. 더불어, 콜리메이팅 렌즈(120C, 120M, 120Y, 120K)와 실린드리컬 렌즈(130A, 130B) 사이에는 조리개(121C, 121M, 121Y, 121K)가 배치될 수 있으며, 이를 통해 제1 내지 제4광빔(L1, L2, L3, L4)의 직경을 조절할 수 있다.
결상 렌즈는 편향기(140)에서 편향된 제1 내지 제4광빔(L1, L2, L3, L4)을 피노광체인 감광드럼(300C, 300M, 300Y, 300K)의 외주면, 즉 피주사면에 각각 결상시킨다. 결상 렌즈의 광축은 기준 평면(RP)과 평행하다. 결상 렌즈의 광축은 기준 평면(RP) 상에 위치될 수 있다. 결상 렌즈는 제1, 제2결상 렌즈(150A, 150B)를 포함할 수 있다. 제1결상 렌즈(150B)는 제1, 제2광빔(L1, L2)을 각각 감광드럼(300C, 300M)의 외주면에 결상시킨다. 제2결상 렌즈(150B)는 제3, 제4광빔(L3, L4)을 각각 감광드럼(300Y, 300K)의 외주면에 결상시킨다. 제1, 제2결상 렌즈(150A, 150B)는 광 편향기(140)의 양측에 마주보게 배치될 수 있다. 제1, 제2결상렌즈(150A, 150B)는 광 편향기(140)에서 편향되는 제1 내지 제4광빔(L1, L2, L3, L4)을 감광드럼(300C, 300M, 300Y, 300K)에 등속으로 결상시키는 에프-세타(f-θ)렌즈일 수 있다. 제1, 제2결상렌즈(150A, 150B)의 광학적 설계는 광 편향기(140)와, 감광드럼(300C, 300M, 300Y, 300K) 사이의 거리나, 제1, 제2결상렌즈(150A, 150B)의 위치 등에 따라 달라질 수 있다.
제1결상 렌즈(150A)는 제1광빔(L1)에 대응되는 제1결상부(150A-1)와, 제2광빔(L2)에 대응되는 제2결상부(150A-2)를 구비할 수 있다. 제1결상 렌즈(150A)는 제1결상부(150A-1)와 제2결상부(150A-2)가 기준 평면(RP)에 대하여 부주사 방향으로 대칭되게 위치되는 일체형 렌즈일 수 있다. 마찬가지로, 제2결상 렌즈(150B)는 제3광빔(L3)에 대응되는 제3결상부(150B-1)와, 제4광빔(L4)에 대응되는 제4결상부(150B-2)를 구비한다. 제2결상 렌즈(150B)는 제3결상부(150B-1)와 제4결상부(150B-2)가 기준 평면(RP)에 대하여 부주사 방향으로 대칭되게 위치되는 일체형 렌즈일 수 있다.
제1반사부재(161C, 161M, 161Y, 161K), 제2반사부재(163C, 163M, 163Y, 163K)는 도 3과 같이 제1 내지 제4광빔(L1, L2, L3, L4)의 경로를 변경시키는 부재이다. 제1반사부재(161C, 161M, 161Y, 161K), 제2반사부재(163C, 163M, 163Y, 163K)로서, 반사미러나 전반사프리즘이 채용될 수 있다. 제1반사부재(161C, 161M, 161Y, 161K)와 제2반사부재(163C, 163M, 163Y, 163K)는 일 예로서, 바(bar) 형상의 직육면체 형상을 가질 수 있다. 제1반사부재(161C, 161M, 161Y, 161K), 제2반사부재(163C, 163M, 163Y, 163K)는 경사각도를 조절하거나, 반사면의 형상을 조절함으로써 제1 내지 제4광빔(L1, L2, L3, L4)의 경로 변경을 조절할 수 있다. 제1반사부재(161C, 161M, 161Y, 161K)와 제2반사부재(163C, 163M, 163Y, 163K)는 제1, 제2결상렌즈(150A, 150B)를 통과한 제1 내지 제4광빔(L1, L2, L3, L4)의 경로를 감광드럼(300C, 300M, 300Y, 300K)을 향하도록 변경한다.
결상 렌즈는 사출 성형 방식으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 투광성 재료를 용융하여 금속 틀(mold)에 넣어 성형한 후에 냉각시킨다. 그런 다음 성형된 결상 렌즈를 금속 틀로부터 꺼낸다. 이와 같은 제조 방식에 의하면, 결상 렌즈의 내부에 굴절률 편차가 생길 수 있다. 다시 말하면, 결상 렌즈의 주주사 방향 및 부주사 방향의 두께에 따라서 용융된 재료의 냉각 속도가 달라질 수 있다. 냉각 속도의 차이는 밀도 차이를 유발한다. 굴절률은 재료의 밀도에 의존되므로, 결상 렌즈 내부에 주주사 방항과 부주사 방향의 위치에 따라 굴절률 편차가 발생된다.
도 4는 결상 렌즈의 부주사 방향의 굴절률 편차의 일 예이며, 도 5는 결상 렌즈의 주주사 방향의 굴절률 편차의 일 예이다. 도 4와 도 5를 보면, 결상 렌즈의 광축으로부터 부주사 방향 및 주주사 방향으로 멀어질수록 굴절률 편차가 커진다. 결상 렌즈의 부주사 방향의 곡률은 굴절률이 일정하다는 가정 하에 주사선 만곡이 발생하지 않도록 설계된다. 따라서, 결상 렌즈 내부에서 위치에 따른 굴절률 편차가 있으면, 주사선 만곡이 발생된다.
전술한 바와 같이, 경사 광학계가 채용되는 광주사 장치(100)에서는 광빔이 기준 평면(RP)에 대하여 경사지게 결상 렌즈에 입사된다. 도 6은 경사 광학계에서 광빔이 결상 렌즈를 통과하는 위치를 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 결상 렌즈로 입사되는 광빔은 결상 렌즈의 광축으로부터 멀수록 굴절률이 높은 부분을 통과하게 되며, 이로 인하여 광빔의 피노광체 상에서의 결상점이 부주사 방향으로 편위되며, 결상점의 편위량은 주주사 방향의 위치에 따라 달라진다. 이를 주사선 만곡이라 한다.
도 7은 굴절률 편차에 기인하는 주사선 만곡의 일 예를 보여주는 그래프이다. C1은 굴절률 편차가 없는 경우, 즉 결상 렌즈의 모든 위치에서 굴절률이 균일한 경우의 주사선 만곡을 나타낸다. C2는 결상 렌즈의 위치에 따라 도 4 및 도 5에 도시된 굴절률 편차가 있는 경우의 주사선 만곡(제1주사선 만곡)을 나타낸다.
[시뮬레이션 조건]
편향면(142)의 갯수: 4개
편향면(142)에서의 화각: ±44°
기준 평면(RP)을 기준으로 한 광빔의 편향면(142)에의 입사각: 3°
결상 렌즈의 재질: COC(Cyclic Olefin Copolymer)계열의 수지
도 7의 C1을 보면, 굴절률 편차가 없는 경우 주사선 만곡이 거의 발생하지 않도록 이상적인 부주사 방향의 곡률을 갖는 결상 렌즈(이하, 이상적인 결상 렌즈)의 설계가 가능하다. 이상적인 결상 렌즈를 사출 성형 방식으로 제조하면, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은 굴절률 편차로 인하여 C2로 표시된 바와 같이 주사선 만곡(제1주사선 만곡)이 발생된다. 도 7의 C2에서, 주사선 만곡량의 최대값은 180㎛ 이상으로서, 600dpi(dot per inch) 해상도를 기준으로 4 dot 이상의 차이가 발생된다. 칼라 인쇄의 경우 각 칼라 화소 사이에 8 dot 이상의 정렬 에러(alignment error)가 발생될 수 있다.
결상 렌즈의 부주사 방향 및 주주사 방향의 두께가 얇을수록 굴절률 편차가 작아지며, 주사선 만곡 역시 작아진다. 이를 위하여, 예를 들어, 제1결상 렌즈(150A)를 구성하는 제1결상부(150A-1)와 제2결상부(150A-2)를 각각 별개의 렌즈로 제조하여 기준 평면(RP)에 대하여 부주사 방향으로 대칭으로 위치시킬 수 있다. 마찬가지로, 제2결상 렌즈(150B)를 구성하는 제3결상부(150B-1)와 제4결상부(150B-2)는 각각 별개의 렌즈로 제조하여 기준 평면(RP)에 대하여 부주사 방향으로 대칭으로 위치될 수 있다. 그러나 이 경우 렌즈의 갯수가 증가하여 부품비 및 조립 공정 비용이 증가될 수 있다. 다른 방안으로서, 결상 렌즈를 사출 성형할 때에 충분한 냉각 시간을 적용하는 방안이 고려될 수 있으나, 이 경우에는 생산성이 저하되어 결과적으로 부품비 상승이 초래될 수 있다.
본 실시예의 광주사 장치(100)는, 결상 렌즈의 부주사 방향의 곡률을 이용하여 결상 렌즈의 제조 과정에서 발생되는 굴절률 편차에 기인하는 주사선 만곡을 보정한다. 이를 위하여, 결상 렌즈의 부주사 방향의 곡률은 결상 렌즈의 굴절률 편차에 기인하는 주사선 만곡을 보상하도록 결정된다. 즉, 결상 렌즈의 부주사 방향의 곡률은, 굴절률이 일정할 때에, 결상 렌즈의 굴절률 편차에 의하여 발생되는 제1주사선 만곡(도 7의 C2)의 휨 방향과 반대 방향의 제2주사선 만곡을 가지도록 결정된다.
도 8은 제2주사선 만곡의 일 예를 보여주는 그래프이다. C3는 도 4 및 도 5에 도시된 굴절률 편차에 기인하는 제1주사선 만곡을 보상하도록 부주사 방향의 곡률이 설계된 결상 렌즈(이하, '보상설계된 결상 렌즈')에서, 보상설계된 결상 렌즈의 굴절률 편차가 없는 경우 즉 굴절률이 일정한 경우에 발생되는 제2주사선 만곡을 나타낸다. C4는 보상설계된 결상 렌즈에 의하여 보정된 주사선 만곡을 나타낸다.
예를 들어, 굴절률 편차는 이상적인 결상 렌즈를 사출 성형하여 부주사 방향 및 주주사 방향의 굴절률을 측정함으로써 얻을 수 있다. 다른 예로서는, 이상적인 결상 렌즈의 형상, 재료의 종류, 사출 성형 조건 등을 이용하여 시뮬레이션함으로써 굴절률 편차를 얻을 수 있다. 측정 또는 시뮬레이션된 굴절률 편차를 이용하여 제1주사선 만곡을 계산하고, 제1주사선 만곡을 보상할 수 있도록 결상 렌즈의 부주사 방향의 곡률을 결정할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 결상 렌즈의 부주사 방향의 곡률을 제1주사선 만곡을 보상하도록 설계함으로써, 부품 수를 증가시키지 않고 주사선 만곡을 보상할 수 있다. 이와 같은 광주사 장치(100)를 채용한 전자사진방식 프린터에 의하면, 주사선 만곡으로 인한 화상 품질의 저하를 방지할 수 있다.
도 9는 결상 렌즈의 광축 방향의 두께의 일 예를 보여주는 그래프이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 결상 렌즈의 광축 방향의 두께는 일반적으로 결상 렌즈의 주주사 방향의 유효 영역(도 6: EA)의 적어도 1/2 영역에서는 광축으로부터 멀어질수록 작아진다. 따라서, 결상 렌즈의 부주사 방향의 곡률은, 결상 렌즈의 굴절률이 일정할 때에, 결상 렌즈의 광축으로부터 주주사 방향으로 멀어질수록 주사선 만곡(제2주사선 만곡)이 커지도록 결정될 수 있다. 또한, 결상 렌즈의 굴절률이 일정할 때, 굴절률 편차에 의한 주사선 만곡을 보정한 후와 보정하기 전의 결상 렌즈의 부주사 방향의 굴절력의 차이, 다시 말하면, 보상설계된 결상 렌즈와 이상적인 결상 렌즈의 부주사 방향의 굴절력의 차이를 나타내는 그래프는, 광축을 중심으로 하여 결상 렌즈의 유효 영역(EA)의 적어도 1/2 영역에서 위로 볼록한 형태일 수 있다. 또한, 광축을 중심으로 하여 결상 렌즈의 유효 영역(EA)의 적어도 1/2 영역에서 굴절력의 차이는 양수이다.
결상 렌즈의 부주사 방향의 곡률에 의하여 결상 렌즈의 부주사 방향의 굴절력(optical power)이 결정된다. 굴절력(φ)은 아래의 식에 의하여 계산될 수 있다.
Figure pat00001
여기서,
φ: 굴절력
n: 결상 렌즈 재료의 굴절률
R1: 결상 렌즈의 입사면의 곡률반경
R2: 결상 렌즈의 출사면의 곡률반경
t: 결상 렌즈의 광축 방향의 두께
도 10은 굴절률이 n으로 일정할 때에, 보상설계된 결상 렌즈의 굴절력과 이상적인 결상 렌즈의 굴절력의 차이를 보여주는 그래프이다. 전술한 바와 같이, 결상 렌즈의 광축 방향의 두께는 일반적으로 결상 렌즈의 주주사 방향의 유효 영역(EA)의 적어도 1/2 영역에서는 광축으로부터 멀어질수록 작아진다. 따라서, 보상설계된 결상 렌즈의 굴절력과 이상적인 결상 렌즈의 굴절력의 차이를 나타내는 그래프는, 도 10에 도시된 바와 같이, 결상 렌즈의 주주사 방향의 유효 영역(EA)의 적어도 1/2에 해당되는 영역에서는 위로 볼록한 형태가 된다. 본 실시예의 광주사 장치(100)에서, 광축을 중심으로 하여 대략 -120mm~+120mm 영역이 결상 렌즈의 유효 영역(EA)에 해당되는 영역이며, 도 10에 도시된 바와 같이 광축을 중심으로 하여 -80mm~+80mm 영역에서 굴절력의 차이를 나타내는 그래프는 위로 볼록한 형상이다. 또한, 도 10에서 굴절력의 차이는 전체적으로 양수임을 알 수 있다. 굴절력의 차이를 나타내는 그래프가 광축을 기준으로 하여 대칭이 아닌 이유는, 금속 틀(mold) 내에 용융된 투광성 재료를 주입하기 위한 게이트(gate)가 주주사 방향으로 일측에 위치되기 때문이다. 도 10에 도시된 그래프에서는 게이트가 광축을 기준으로 하여 우측에 위치된다.
도 11은 광주사 장치(100a)의 일 실시예의 주주사 평면을 보여준다. 도 12는 도 11에 도시된 광주사 장치(100a)의 일 실시예의 부주사 평면을 보여준다. 도 11에서는 설명의 편의상 반사부재들(161C, 161M, 161Y, 161K, 163C, 163M, 163Y, 163K)에 의해 변경되는 광경로는 표시하지 않았으며, 광빔들(L1, L2, L3, L4)이 광 편향기(140)에 부주사 방향으로 경사 입사됨에 따라 겹쳐지는 광학부품들은 하나씩만 도시하였다.
도 11과 도 12에 도시된 광주사 장치(100a)의 실시예는 도 2와 도 3에 도시된 광주사 장치(100)의 실시예와 비교하여, 결상 렌즈가 광빔의 진행 방향으로 배열된 제1, 제2렌즈를 포함한다는 점에서 차이가 있다. 즉, 도 2 및 도 3의 제1결상렌즈(150A)는 도 11과 도 12에서는 제1, 제2광빔(L1, L2)이 통과되는 제1렌즈(151A)와, 제1렌즈(151A)로부터 제1, 제2광빔(L1, L2)의 진행 방향으로 이격되게 위치되고 제1, 제2광빔(L1, L2)이 각각 통과되는 한 쌍의 제2렌즈(153C, 153M)로 구분된다. 도 2 및 도 3의 제2결상렌즈(150B)는 도 11과 도 12에서는 제3, 제4광빔(L3, L4)가 통과되는 제3렌즈(151B)와, 제3렌즈(151B)로부터 제3, 제4광빔(L3, L4)의 진행 방향으로 이격되게 위치되고 제3, 제4광빔(L3, L4)가 각각 통과되는 한 쌍의 제4렌즈(153Y, 153K)로 구분된다.
제1렌즈(151A)는 제1광빔(L1)에 대응되는 제1결상부(151A-1)와, 제2광빔(L2)에 대응되는 제2결상부(151A-2)를 구비할 수 있다. 제1렌즈(151A)는 제1결상부(151A-1)와 제2결상부(151A-2)가 기준 평면(RP)에 대하여 부주사 방향으로 대칭되게 위치되는 일체형 렌즈일 수 있다. 제3렌즈(151B)는 제3광빔(L3)에 대응되는 제3결상부(151B-1)와, 제4광빔(L4)에 대응되는 제4결상부(151B-2)를 구비할 수 있다. 제3렌즈(151B)는 제3결상부(151B-1)와 제4결상부(151B-2)가 기준 평면(RP)에 대하여 부주사 방향으로 대칭되게 위치되는 일체형 렌즈일 수 있다.
도 11과 도 12에 도시된 광주사 장치(100a)에서 제1렌즈(151A), 한 쌍의 제2렌즈(153C, 153M), 제3렌즈(151B), 한 쌍의 제4렌즈(153Y, 153K) 중 적어도 하나는 전술한 보상설계된 결상 렌즈일 수 있다. 예를 들어, 제1렌즈(151A)와 제3렌즈(151B)가 전술한 보상설계된 결상 렌즈일 수 있다. 한 쌍의 제2렌즈(153C, 153M)와 한 쌍의 제4렌즈(153Y, 153K)가 전술한 보상설계된 결상 렌즈일 수 있다. 또한, 제1렌즈(151A), 한 쌍의 제2렌즈(153C, 153M), 제3렌즈(151B), 한 쌍의 제4렌즈(153Y, 153K) 모두가 전술한 보상설계된 결상 렌즈일 수도 있다.
전술한 실시예에서는 광빔이 결상 렌즈의 광축에 대하여 경사진 경우에 대하여 설명하였으나, 광빔은 결상 렌즈의 광축에 평행할 수도 있다. 예를 들어, 도 11 및 도 12에 도시된 실시예에서 제1 내지 제4광빔(L1, L2, L3, L4)은 한 쌍의 제2렌즈(153C, 153M) 및 한 쌍의 제4렌즈(153Y, 153K)의 광축과 평행하다. 또한, 단색 프린터에 적용되는 광주사 장치에서는 광빔이 결상 렌즈의 광축과 평행하게 결상 렌즈에 입사될 수 있다.
도 13은 광주사 장치(100c)의 일 실시예의 개략적인 사시도이다. 도 13을 참조하면, 광주사 장치(100c)는 광빔(L)을 조사하는 광원부(210)과, 광원부(210)에서 조사된 광빔(L)을 피노광체, 예를 들어 감광드럼(300)에 주주사방향으로 편향 주사시키는 광 편향기(240)를 포함할 수 있다. 광 빔(L)은 광 편향기(240)의 편향면(242)에 수직으로 입사된다. 광원부(210)와 광 편향기(240) 사이의 광경로 상에는, 광빔(L)을 평행 광이 되도록 하는 콜리메이팅 렌즈(220)가 마련될 수 있다. 콜리메이팅 렌즈(220)와 광 편향기(240) 사이에는 광빔(L)을 부주사방향으로 집속시켜 편향면(242)에 결상시키는 실린더리컬 렌즈(230)가 마련될 수 있다.
광 빔(L)은 결상 렌즈(250)에 광축과 평행하게 입사된다. 결상 렌즈(250)는 광 편향기(240)에서 평향된 광빔(L)을 피노광체(300)의 표면에 등속 주사하여 결상시킨다. 결상 렌즈(250)는 예를 들어 fθ렌즈를 포함할 수 있다. 결상 렌즈(250)는 전술한 보상 설계된 결상 렌즈일 수 있다.
본 개시는 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 광빔을 방출하는 광원부;
    상기 광빔을 주주사 방향으로 편향 주사시키는 광 편향기;
    편향된 광빔을 피노광체에 등속 주사하여 결상시키는 결상 렌즈;를 포함하며,
    상기 결상 렌즈의 부주사 방향의 곡률은 상기 결상 렌즈의 굴절률 편차에 기인하는 주사선 만곡을 보상하도록 결정되는 광주사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결상 렌즈의 부주사 방향의 곡률은, 상기 결상 렌즈의 굴절률이 일정할 때에, 상기 결상 렌즈의 광축으로부터 상기 주주사 방향으로 멀어질수록 주사선 만곡이 커지도록 결정되는 광주사 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 결상 렌즈의 굴절률이 일정할 때, 상기 굴절률 편차에 의한 주사선 만곡을 보정한 후와 보정하기 전의 상기 결상 렌즈의 상기 부주사 방향의 굴절력의 차이를 나타내는 그래프는 상기 결상 렌즈의 광축을 중심으로 하여 상기 결상 렌즈의 유효 영역의 적어도 1/2 영역에서 위로 볼록한 형태인 광주사 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 굴절력의 차이는 양수인 광주사 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광빔은 상기 광 편향기의 축에 수직한 기준 평면에 대하여 경사지게 상기 광 편향기의 광편향면에 입사되는 광주사 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광빔은,
    상기 기준 평면에 대하여 상기 부주사 방향으로 대칭인 제1, 제2광빔;
    상기 제1, 제2광빔과 상기 광 편향기를 기준으로 하여 마주보게 배치되고 상기 기준 평면에 대하여 상기 부주사 방향으로 대칭인 제3, 제4광빔;을 포함하는 광주사 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 결상 렌즈는,
    상기 제1, 제2광빔에 대응되는 제1, 제2결상부를 구비하는 제1결상 렌즈;
    상기 제3, 제4광빔에 대응되는 제3, 제4결상부를 구비하는 제2결상 렌즈;를 포함하는 광주사 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1, 제2결상 렌즈는 상기 광편향기를 기준으로 하여 마주보게 배치되는 광주사 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1결상 렌즈는, 제1, 제2결상부를 구비하는 제1 렌즈와, 상기 제1렌즈로부터 상기 제1, 제2광빔의 진행 방향으로 이격되게 위치되고 상기 제1, 제2광빔이 각각 통과되는 한 쌍의 제2렌즈를 포함하며,
    상기 제2결상 렌즈는, 제3, 제4결상부를 구비하는 제3 렌즈와, 상기 제3렌즈로부터 상기 제3, 제4광빔의 진행 방향으로 이격되게 위치되고 상기 제3, 제4광빔이 각각 통과되는 한 쌍의 제4렌즈를 포함하는 광주사 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 광빔은 상기 결상 렌즈의 광축에 평행한 광주사 장치.
  11. 전자사진방식 프린터의 광주사 장치로서,
    기준 평면에 대하여 부주사 방향으로 대칭되게 경사진 제1, 제2광빔을 방출하는 광원부;
    상기 제1, 제2광빔을 주주사 방향으로 편향 주사시키는 광 편향기;
    상기 편향된 제1, 제2광빔을 피노광체 상에 등속 주사하여 결상시키는 것으로서, 사출 성형에 의하여 형성되는 결상 렌즈;를 포함하며,
    상기 결상 렌즈의 부주사 방향의 곡률은, 굴절률이 일정할 때, 상기 결상 렌즈의 굴절률 편차에 의하여 발생되는 제1주사선 만곡의 휨 방향과 반대 방향의 제2주사선 만곡을 가지도록 결정되는 광주사 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 결상 렌즈의 부주사 방향의 곡률은, 상기 결상 렌즈의 굴절률이 일정할 때에, 상기 결상 렌즈의 광축으로부터 상기 주주사 방향으로 멀어질수록 상기 제2주사선 만곡이 커지도록 결정되는 광주사 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 결상 렌즈의 굴절률이 일정할 때, 상기 굴절률 편차에 의한 주사선 만곡을 보정한 후와 보정하기 전의 상기 결상 렌즈의 상기 부주사 방향의 굴절력의 차이를 나타내는 그래프는 상기 결상 렌즈의 광축을 중심으로 하여 상기 결상 렌즈의 유효 영역의 적어도 1/2 영역에서 위로 볼록한 형태인 광주사 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 굴절력의 차이는 양수인 광주사 장치.
  15. 적어도 하나의 감광체;
    상기 감광체에 광빔을 조사하여 정전 잠상을 형성하는 것으로서, 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 광주사 장치;
    상기 정전 잠상에 현상제를 공급하여 가시적인 토너 화상을 형성하는 현상기;
    상기 토너 화상을 인쇄 매체로 전사시키는 전사기;
    상기 토너 화상을 상기 인쇄 매체에 정착시키는 정착기;를 포함하는 전자사진방식 프린터.
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