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KR100318174B1 - 주사광학장치 - Google Patents

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KR100318174B1
KR100318174B1 KR1019980013590A KR19980013590A KR100318174B1 KR 100318174 B1 KR100318174 B1 KR 100318174B1 KR 1019980013590 A KR1019980013590 A KR 1019980013590A KR 19980013590 A KR19980013590 A KR 19980013590A KR 100318174 B1 KR100318174 B1 KR 100318174B1
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KR
South Korea
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optical element
optical
optical system
light source
diffractive
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가즈오 후지바야시
고지 호시
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미다라이 후지오
캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

주사 광학 장치는 광원, 광원으로부터 방출된 광 빔을 편향시키는 편향기, 및 광원으로부터 방출된 광 빔을 피주사면에 향하게 하는 광학 장치를 포함한다. 광학 장치는 회절 광학 소자를 포함한다. 주사 광학 장치의 환경 변동에 의해 생긴 부주사 방향의 수차 변동은 광학 장치의 특성에 의해 보정된다.

Description

주사 광학 장치{SCANNING OPTICAL APPARATUS}
본 발명은 주사 광학 장치 및 이를 사용한 화상 형성 장치에 관한 것이며, 구체적으로는 회절 광학 소자가 광원 수단측 상에 광 편향기에 대하여 배치된 제1 광학계와 주사측이 될 표면 상에 배치된 제2 광학계 중 적어도 하나 내에 제공되어 환경 변동(틀히 온도 변화)이 장치에 발생한다해도 수차 변동(초점 변화)이 발생하지 않는 고정밀 인쇄에 적합한 레이저 빔 프린터(LBP) 또는 디지탈 복사 장치와 같은 화상 형성 장치에 적합한 것이다.
지금까지, 레이저 빔 프린터 또는 디지탈 복사 장치 등에 사용된 주사 광학 장치에서는, 화상 신호에 따라 광원 수단으로부터 광 변조 및 방출된 광 빔(light beam)이 예를 들어 회전 다면경(rotatable polygon mirror)을 포함하는 광 편형기에 의해 편향되어, fθ 특성을 갖는 주사 광학 소자(결상(結像) 소자)에 의해 감광 기록 매체(감광 드럼) 상의 스폿(spot) 형태로 수렴되며, 그 표면을 광학적으로 주사함으로써 화상 기록을 달성한다.
회절 광학 소자가 그것의 주사 광학계에 사용되는 종류의 주사 광학 장치가 예를 들어 일본 특허 공개 공보 제3-125111호에 제안되어 있다. 상기 공보에서는, 광학계가 주 주사방향에서만 파워를 갖는 홀로그래픽 fθ 렌즈와, 부 주사방향에서 파워를 갖는 원통형 랜즈로 구성되어, fθ 특성과 표면 경사(inclination)의 보정 및 1차 회절광과 다른 차수의 회절광들의 분리가 이루어진다.
또한, 미국 특허 제 5,486,694호는 회절면이 원환체(toric) 렌즈 상에 제공된 표면 경사 보정 효과를 갖는 주사 광학계가 개시되어 있다.
그러나, 일본 특허 공개 공보 제3-125111의 원통형 렌즈는, 그것이 유리 재질로 형성된 경우에, 복수의 렌즈의 조합을 포함하는 종래의 fθ 렌즈보다 비용면에서 유리하지만, 유리 재질의 원통형 렌즈는 플라스틱 렌즈에 비해 여전히 고가이다. 한편, 만약 원통형 렌즈가 비용을 절감하기 위해 플라스틱 렌즈로 형성된다면, 환경 변동, 특히 온도 변화에 의해 부 주사방향에서의 초점이 흐려지게 된다. 이를 방지하기 위해, 원통형 렌즈를 주사되는 표면으로 근접시킬 수 있지만, 이와 같이 행하면, 원통형 렌즈는 더 커질 것이고, 그 결과, 전체 장치는 부피가 커지게 되어, 비용이 증가되는 문제점이 발생한다.
미국 특허 제 5,486,694호는 레이저 빔의 파장의 변동으로 인한 회절각의 변화에 의해 발생되는 수차 변동을 고려하지 않은 문제점을 가지고 있다.
한편, 주사 광학계 내의 주사 광학 소자(fθ 렌즈)에서, 주류는 저 비용 및 콤펙트화(compactness)에 대한 요구로 인해 플라스틱 렌즈를 사용하는 것이다.
첨부된 도 1은 종래 기술에 따른 상기와 같은 종류의 주사 광학 장치의 요부의 개략도이다. 도 1에서, 광원 수단(81)으로부터 방출된 발산 광 빔은 콜리메이터(collimator) 렌즈(82)에 의해 실질적으로 평행인 광 빔으로 이루어지고, 이러한 광 빔(광량)은 조리개(83)에 의해 제한되어 부 주사 방향에서만 소정의 굴절률 갖는 원통형 렌즈(84)로 진입한다. 주 주사 단면 내에 있는 원통형 렌즈(84)로 진입된 평행 광 빔의 일부는 평행 광 빔으로서 그대로 빠져 나온다. 또한 부 주사 단면 내에 있는 평행 광 빔의 일부는 수렴되어 회전 다면경을 포함하는 광 편향기(85)의 편향면(반사면)(85a) 상에 실질적으로 선형 화상으로서 화상을 형성한다. 여기서, 주 주사 단면은 광 편향기의 편향면에 의해 편향되고 반사되는 광 빔에 의해 시간의 경과로 형성된 광 빔 단면을 칭한다. 또한, 부 주사 단면은 fθ 렌즈의 광축을 포함하고 주 주사 단면과 직각인 단면을 칭한다.
광 편향기(85)의 편향면에 의해 편향된 광 빔은 fθ 특성을 갖는 주사 광학 소자(fθ 렌즈)(86)를 통해 주사되는 표면인 감광 드럼 표면(87)으로 유도되고, 광 편향기(85)는 화살표 A 방향으로 회전되어, 화살표 B 방향으로 감광 드럼 표면(87)을 광학적으로 주사한다. 이로써, 기록 매체인 감광 드럼 표면(87) 상에 화상 기록이 이루어진다. 콜리메이터 렌즈(82), 조리개(83) 및 원통형 렌즈(84)는 제1 광학계(L81)의 소자를 구성하고, fθ 렌즈(86)는 제2 광학계(L82)의 소자를 구성한다.
이러한 종류의 주사 광학 장치에서, 이미 설명한 바와 같이, fθ 렌즈의 저 비용 및 콤펙트화에 대한 요구로 인해, 종종 fθ 렌즈가 비구면 형태의 플라스틱 렌즈만으로 구성되는 경우가 있다. 그러나, 플라스틱 재질은 그 굴절률이 사용 환경의 변동(특히, 온도의 변동)으로 변화되는 특성을 가지므로, 플라스틱 렌즈를 포함하는 fθ 렌즈를 사용한 주사 광학 장치에서는, 초점의 변화가 환경 변동에 의해 발생된다. 기존의 환경하에서, 초점 변동량은 실제 화상에 영향을 주지 않을 정도로 설정되므로, 문제가 발생하지는 않지만, 보다 고정밀의 인쇄를 목적으로 주사되는 표면 상의 집중된 빔의 스폿 직경을 줄이는 경우나 또는 저 비용 및 콤펙트화를목적으로 fθ 렌즈를 소형화하려는 의도로 fθ 렌즈를 광 편향기에 근접시키는 경우에, 상술한 초점 변동, 특히 부 주사 방향에서의 초점 변동이 허용될 수 없는 문제점이 존재하게 된다.
본 발명의 목적은 환경 변동(온도 변화 및 광원 수단의 파장 변화)이 발생한다해도 수차 변동이 발생하지 않는 고정밀 인쇄에 적합한 콤팩트 주사 광학 장치, 및 이를 사용한 화상 형성 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 주사 광학 장치는,
광원 수단;
상기 광원 수단으로부터 방출된 광 빔을 편향시키는 편향 수단; 및
상기 광원 수단으로부터 방출된 광 빔을 피주사면으로 향하게 하고, 회절 광학 소자를 갖는 광학 수단을 포함하고,
상기 주사 광학 장치의 환경 변동에 의해 생긴 부 주사 방향에서의 수차 변동이 상기 광학 수단의 특성에 의해 보정되는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 특성은 상기 광학 수단 내의 회절 광학 소자의 파워와 상기 광학 수단 내의 회절 광학 소자의 것과 다른 파워 간의 관계이고,
상기 특성은 상기 광학 수단의 회절부와 굴절부 간의 파워비이며,
상기 환경 변동은 온도 변동 및 상기 광원 수단의 파장 변동인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광원 수단은 반도체 레이저이고,
상기 수차 변동은 초점 변동인 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 광학 수단은 상기 광원 수단으로부터 방출된 광 빔을 상기 편향 수단으로 향하게 하는 제1 광학계, 및 상기 편향 수단에 의해 편향된 광 빔을 상기 피주사면에 향하게 하는 제2 광학계를 포함하고,
상기 회절 광학 소자는 상기 제1 광학계 내에 제공되거나,
또는 상기 회절 광학 소자는 상기 제1 광학계를 구성하는 광학 소자의 적어도 한 면 상에 제공되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광학 수단은 상기 광원 수단으로부터 방출된 광 빔을 상기 편향 수단으로 향하게 하는 제1 광학계, 및 상기 편향 수단에 의해 편향된 광 빔을 상기 피주사면으로 향하게 하는 제2 광학계를 포함하고,
상기 회절 광학 소자는 상기 제2 광학계 내에 제공되며,
상기 회절 광학 소자는 상기 제2 광학계를 구성하는 광학 소자의 적어도 한 면 상에 제공되고,
상기 제2 광학계는 플라스틱 재질로 형성된 단일 렌즈, 및 상기 회절 광학 소자를 구비하고,
상기 회절 광학 소자는 상기 단일 렌즈의 적어도 한 면 상에 부가되며,
상기 단일 렌즈는 비구면 형태로 형성된 주 주사 방향에서의 반대측 렌즈 표면들을 구비하고,
상기 단일 렌즈는 주 주사 방향과 부 주사 방향 사이에서 굴절 파워가 다르며,
상기 제2 광학계 내의 회절 광학 소자의 파워는 ΦB이고 상기 회절 광학 소자의 것과 다른 파워는 ΦL이며,
1.0 ≤ ΦL / ΦB ≤ 2.6 인 조건이 만족되는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 광학 수단은 상기 광원 수단으로부터 방출된 광 빔을 상기 편향 수단으로 향하게 하는 제1 광학계, 및 상기 편향 수단으로부터 편향된 광 빔을 상기 피주사면으로 향하게 하는 제2 광학계를 포함하고,
상기 회절 광학 소자는 상기 제1 광학계 및 상기 제2 광학계에 제공되거나,
상기 회절 광학 소자는 상기 제1 광학계를 구성하는 광학 소자의 적어도 한 면 및 상기 제2 광학계를 구성하는 광학 소자의 적어도 한 면 상에 제공된다.
또한, 상기 회절 광학 소자는 계단형 광학 소자를 포함하는 격자 구조를 갖거나,
상기 회절 광학 소자는 연속 프레넬(fresnel)형 광학 소자를 포함하는 격자 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 화상 형성 장치는 상술한 주사 광학 장치를 사용하여 화상을 형성한다는 것이 특징이다.
또한, 본 발명의 주사 광학 장치는
광원 수단;
상기 광원 수단으로부터 방출된 광 빔을 편향시키는 편향 수단;
상기 광원 수단으로부터 방출된 광 빔을 상기 편향 수단으로 향하게 하고, 제1 회절 광학 소자를 갖는 제1 광학계; 및
상기 편향 수단에 의해 편향된 광 빔을 피주사면을 향하게 하고, 제2 회절 광학 소자를 갖는 제2 광학계
로 구성되는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 주사 광학 장치의 환경 변동으로 인한 수차 변동은 상기 제1 광학계 또는/및 상기 제2 광학계의 특성에 의해 보정된다.
상기 특성은 상기 제1 광학계 또는/및 상기 제2 광학계의 회절 광학 소자의 파워와 상기 제1 광학계 또는/및 상기 제2 광학계의 상기 회절 광학 소자의 것과 다른 파워 간의 관계이고,
상기 환경 변동은 온도 변동 및 상기 광원 수단의 파장 변동인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광원 수단은 반도체 레이저이고,
상기 수차 변동은 초점 변동이라는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 제1 광학계는 아나모픽(anamorphic) 광학계를 포함하고,
상기 광원 수단으로부터 방출된 광 빔을 주 주사 방향에서 수렴 광 빔 또는 실질적으로 평행한 광 빔으로 변환시키고, 상기 변환된 광 빔을 상기 편향 수단의 편향면 상에 부 주사 방향으로 결상되게 하고, 상기 제1 회절 광학 소자가 상기 제1 광학계를 구성하는 광학 소자의 적어도 한 면 상에 제공된다.
상기 제2 광학계는 아나모픽 광학계를 포함하여 상기 반사 수단에 의해 반사된 광 빔을 주사될 상기 표면 상에 스폿형으로 결상되게 하고, 상기 제2 회절 광학 소자가 상기 제2 광학계를 구성하는 광학 소자의 적어도 한 면 상에 제공되고,
상기 제1 회절 광학 소자와 상기 제2 회절 광학 소자의 적어도 하나는 주 주사 방향 및 부 주사 방향 중의 한 방향으로만 회절 작용을 한다.
상기 제1 회절 광학 소자 및 상기 제2 회절 광학 소자 중의 한 소자는 주 주사 방향으로만 회절 작용을 갖고 다른 회절 광학 소자는 부 주사 방향으로만 회절 작용을 갖고,
상기 제2 광학계는 플라스틱 재질로 형성되는 하나의 렌즈를 갖고,
상기 제1 회절 광학 소자는 상기 제1 광학계를 구성하는 광학 소자의 적어도 한 면 상에 제공되고,
상기 제2 회절 광학 소자는 상기 제2 광학계를 구성하는 광학 소자의 적어도 한 면 상에 제공되며,
상기 제1 광학계 및 상기 제2 광학계 각각은 아나모픽 광학 소자를 갖는다.
또한, 상기 광원 수단은 적어도 두 개의 다른 파장 λ1및 λ2의 광 빔을 발진시킬 수 있고 다음의 조건을 만족시킨다
여기서,
φ1········ 제1 또는 제2 회절 광학 소자의 파장 λ1에 대한 파워이고,
ΔP0········광원 수단의 파장이 λ1에서 λ2로 변하는 경우 전체 주사 광학 장치의 초점 변화량이고,
ΔP1········광원 수단의 파장이 λ1일 때 제1 또는 제2 회절 광학 소자의 파워가 φ1에 의해서 계산된 경우와 광원 수단의 파장이 λ2일 때 제1 또는 제2 회절 광학 소자의 파워가 φ1(λ2/λ1)에 의해 계산된 경우 간의 초점 위치 차이이고,
상기 광원 수단은 주사 광학 장치에 사용되는 온도가 T1에서 T2로 변화될 때 그 파장이 λ1에서 λ2로 변화되는 것을 특징으로 하며, 다음 조건을 만족시킨다.
여기서,
φ1········ 제1 또는 제2 회절 광학 소자의 파장 λ1에 대한 파워이고,
ΔP0T········주사 광학 장치의 사용되는 온도가 T1에서 T2로 변화될 때 전체 주사 광학 장치의 초점 변화량이고,
ΔP1T········주사 광학 장치의 사용되는 온도가 T1이고 광원 수단의 파장이 λ1인 경우에 제1 또는 제2 회절 광학 소자의 파워가 φ1에 의해서 계산된 경우와 주사 광학 장치의 사용되는 온도가 T2이고 광원 수단의 파장이 λ2인 경우에제1 또는 제2 회절 광학 소자의 파워가 φ1·(λ2/λ1)에 의해 계산된 경우 간의 초점 위치 차이이다.
또한, 본 발명의 화상 형성 장치는 상술한 주사 광학 장치를 사용하여 화상을 형성한다는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 주사 광학 장치의 요부 개략도.
도 2는 주 주사 방향에서의 본 발명의 주사 광학 장치의 실시예 1의 주요 부분들의 단면도.
도 3은 부 주사 방향에서의 본 발명의 실시예 1의 초점 변동의 보정의 원리를 설명한 도면.
도 4는 부 주사 방향에서의 본 발명의 실시예 1의 화상 만곡을 도시한 도면.
도 5는 주 주사 방향에서의 본 발명의 주사 광학 장치의 실시예 2의 요부 단면도.
도 6은 부 주사 방향에서의 본 발명의 실시예 2의 화상 만곡을 도시한 도면.
도 7은 주 주사 방향에서의 본 발명의 주사 광학 장치의 실시예 3의 요부 단면도.
도 8은 부 주사 방향에서의 본 발명의 실시예 3의 화상 만곡을 도시한 도면.
도 9는 주 주사 방향에서의 본 발명의 주사 광학 장치의 실시예 4의 요부 단면도.
도 10은 부 주사 방향에서의 본 발명의 실시예 4의 요부 단면도.
도 11은 본 발명의 실시예 4의 레이저 다이오드의 온도 파장 특성을 도시한그래프.
도 12는 회절의 단면 격자 패턴의 개략도.
도 13은 본 발명의 실시예 4의 회절 렌즈의 다른 예의 단면적 격자 패턴의 개략도.
도 14는 본 발명의 실시예 4의 회절률 구성을 도시한 요부 개략도.
도 15는 본 발명의 주사 광학 장치의 실시예 5의 회절률 구성을 도시한 요부 개략도.
도 16은 주 주사 방향에서의 본 발명의 주사 광학 장치의 실시예 6의 요부 단면도.
도 17은 부 주사 방향에서의 본 발명의 실시예 6의 요부 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
L1: 제1 광학계
L2: 제2 광학계
1 : 광원 수단
2 : 콜리메이터 렌즈
3 : 개구 조리개
4 : 회절 광학 소자
5 : 광 편향기
6 : fθ 렌즈
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 주사 광학 장치가 레이저빔 프린터 또는 디지탈 복사 장치오 같은 화상 형성 장치에 사용되는 경우 주 주사 방향 (주 주사 단면도)의 필수 부분들의 단면도이다.
도 2에서, 참조 번호(1)는, 예를 들면, 반도체 레이저를 포함하는 광원 수단을 나타낸다. 참조 번호(2)는 광원 수단(1)으로부터 방출된 다이버젼트 광 빔을 실질적으로 평행한 광 빔으로 변환하는 콜리메이터 렌즈를 나타낸다.
참조 번호 (3)은 이를 통과하는 광 빔(광량)을 제한하고 그 빔 형태를 형상화하는 개구 조리개를 표시한다.
참조 번호 (4)는 회전 표면을 가지며 후술할 광 편향기(5)에 인접한 예를 들면 유리 재질 또는 플라스틱 재질로 형성된 플랫 플레이트(flat plate)의 플랫 표면에 추가되는 회절 광학 소자를 표시한다. 회절 광학 소자(4)는 도 2의 평면도에 연직인 부 주사 방향으로 파워(회절율)을 가지며, 광 빔이 개구 조리개(3)를 통과하게 하여 부 주사 횡단면으로 광 편향기(5)의 편향 표면 상에 실질적으로 선형 화상으로서 결상되도록 한다.
본 실시예에서의 회절 광학 소자(4)는 예를 들면 포토에칭에 의해 계단형 회절 격자를 포함하는 이진 회절 광학 소자 또는 표면 절단에 의해 톱니형 회절 격자를 포함하는 프레넬형 회절 광학 소자를 포함하는 격자 구조를 갖는다. 각각의 콜리메이터 렌즈(2), 조리개(3) 및 회절 광학 소자(4)는 제1 광학계(L1)의 소자를 구성한다.
참조 번호(5)는 예를 들면 다면경(회전 다면경)을 포함하는 편향 수단으로서의 광 편향기를 표시하며, 모터와 같은 구동 수단(도시 없음)에 의해 화살표 방향(A)로 상수 속도로 회전한다.
참조 번호(6)은 fθ 특성을 갖는 fθ 렌즈(주사 광학 소자)를 표시하며, 플라스틱 재질로 형성된 단일 렌즈 및 비구면 형태로 구성된 주 주사 방향의 대향 렌즈 표면을 가지며, 주 주사 방향와 부 주사 방향 사이에 상이한 굴절률을 가진다. fθ 렌즈는 광 편향기(5)에 의해 편향된 화상 정보를 기준으로 광 빔이 주사될 표면인 기록 매체인 감광 드럼 표면(7) 상에 결상되게 하고, 광 편향기(5)의 편향 표면의 표면 경사를 보정한다. fθ 렌즈(6)은 제2 광학계(L2)의 소자로 구성된다.
본 실시예에서, 반도체 레이저(1)로부터 방출된 수렴 광 빔은 콜리메이터 렌즈(2)에 의해 실질적으로 수평 광 빔으로 변환되고, 이러한 광 빔(광량)은 개구 조리개(3)에 의해 제한되며, 회절 광학 소자(4)로 진입한다. 주 주사 횡단부내의 회절 광학 소자(4)를 진입한 평행 광 빔의 일부는 그로부터 손상되지 않고 빠져나온다. 또한, 부 주사 횡단면에서, 이는 수렴하고 광 편향기(5)의 편향 표면(5a) 상에 실질적인 선형 화상(주 주사 방향으로 긴 선형 화상)으로서 결상된다. 광 편향기(5)의 편향 표면(5a)에 의해 편향된 광 빔은 fθ 렌즈(6)을 통해 감광 드럼 표면(7)으로 향하고, 광 편향기(5)는 화살표(A)로 회전되며, 그러므로 화살표 방향(B)로 감광 드럼 표면(7)을 광학적으로 주사하게 된다. 그러므로, 화상 기록은 기록 매체인 감광 드럼 표면(70) 상에서 수행된다.
여기서, 본 실시예에서 부 주사 방향으로의 초점 변동의 보정의 원리가 도 3을 참조로 설명된다. 도 3은 부 주사 방향의 본 실시예에서의 광 시스템의 필수 부분의 횡단면도를 도시한다. 도 2에서, 도 2에서 도시된 소자와 동일한 소자가 동일한 참조 문자로 주어진다.
여기서, 예를 들면, 주사 광학계는 환경 변동의 영향 때문에 온도가 상승한다. fθ 렌즈(6)가 플라스틱 재질로 형성되는 경우, 부 주사 방향의 초점 위치는 도 3에서의 위치(P)에서 위치(Q)로 변동되어, 플라스틱 재질이 굴절율이 온도가 상승할 때 감소되는 특성을 가지므로 초점 이탈을 야기한다.
그러나, 광원인 반도체 레이저(1)는 발진 파장이 온도 상승보다 보통 더 긴 특성을 갖는다. 발진기 파장이 더 길어지면, 회절 광학 소자(4)에 의해 회절된 회절각은 더 커지고 그러므로 광 편향기(5)의 편향 표면 주변의 지점(R)에서 선형 형태로 결상된 광 빔은 도 3에서 도시된 지점(R)보다는 반도체 레이저(1) 부근의 지점(S)에서의 선형 형태로 결상된다. 그러므로, fθ 렌즈의 굴절율의 감소로 인해 지점(Q)로 변동된 초점 위치는 지점(P)로 돌아간다.
상술한 원리를 기준으로, 부 주사 방향의 회절 광학 소자(4)와 fθ 렌즈(6)의 파워는 본 실시예에서 최적으로 설정되며, 여기서 장치의 환경 변동(특히 온도 변동 및 반도체 레이저(1)의 파장 변동)으로 인한 부 주사 방향으로의 초점 변동(수차 변동)은 실질적으로 완전하게 보정될 수 있다.
표 1 및 2는 본 실시예에서의 광학 배치, fθ 렌즈(6)의 비구면 계수, 및 회절 광학 소자(4)의 위상항을 각각 도시한다.
사용된 파장 λ(nm) 780
fθ 렌즈의 굴절율 n 1.524
다각형 입사각 θi -65
다각형 최대 출사각 θmax 45
회절면-다각형 d0 23.913
다각형-fθ 렌즈 dl 20.915
fθ 렌즈의 중심 두께 dL 7.5
fθ 렌즈-주사될 표면 Sk 125.879
fθ 렌즈의 초점 거리 f 133.69
다각형 φ20,4면체
회절 소자의 위상항
C1 -2.09093E-02
C2 0.00000E+00
C3 0.00000E+00
본 실시예에서 회절 광학 소자(4)의 회절 표면(4a)은 광 편향기(5) 측 상에 구성되며, 위상 함수는 φ(y, z)이며, 광축에 대한 교차점은 원점이고 광축의 방향은 x-축이며, 주 주사 평면에서의 광축에 직교 축은 y-축이며, 부 주사 평면내의광축에 대한 직교 축은 z-축이며, 위상 함수는 다음의 식으로 표시된다.
C1내지 C3: 위상 다항식 계수,
λ = 780nm.
또한, fθ 렌즈(6)의 렌즈 형태에 대해서는, 광 축으로의 각각의 렌즈 표면의 교차점이 원점이고 광축의 방향이 x-축이며 주 주사 평면내의 광축에 연직축은 y-축이며, 부 주사 평면내의 광축에 연직 축은 z-축이고, 주 주사 횡단 형태는 아래의 식으로 표시된다.
수학식 2에서, R은 곡률 반경이고, K 및 B4- B10은 비구면 계수이다. y값이 양수인 경우, 주 주사 횡단 형태는 비구면 계수로서 첨자 u를 갖는 Ku 및 B4u - B10u를 사용함에 의해 계산되는 렌즈 형태이며, y의 값이 음수인 경우, 이는 비구면 계수로서 첨자 l를 갖는 kl 및 B4l - B10l을 사용함에 의해 계산되는 렌즈 형태이다.
또한, 부 주사 횡단면에서, 그 곡률 반경은 연속적으로 변하고, 주 주사 평면 상의 렌즈 좌표에 대해서, y인 곡률 반경(r')은 아래의 식으로 표시된다:
r' = r (1 + D2y2+ D4y4+ D6y6+ D8y8+ D10y10)
상술한 수학식에서, r은 광축 상의 곡률 반경이고, D2- D10은 계수이다. y이 양수인 경우, 부 주사 횡단면의 곡률 반경은 첨자 u를 계수로서 갖는 D2u - D10u를 사용함에 의해 계산되는 곡률 반경(r')이며, y 값이 음수인 경우, 이는 첨자 l을 계수로서 갖는 D2l - D10l의 사용에 의해 계산되는 곡률 반경(r')이다.
도 4는 본 실시 형태의 온도 상승 전후의 부 주사 방향으로 만곡을 도시하는 수차도로서, 실선은 상온(25℃)에서의 특성을 나타내며 점선은 25℃의 온도 상승이 일어나서 온도가 50℃에 도달할 때의 특성을 나타낸다. 이러한 그래프로부터, 온도 상승 전후에 부 주사 방향에서 초점의 변화가 거의 없거나 또는 전혀 없음을 알 수 있다.
따라서, 본 실시예에서, 본 장치는 제1 광학계의 소자로 사용된 원통형 렌즈(도 1 참조) 대신에 회절 광학 소자(4)를 이용하여 구성되고, 부 주사 방향에서 회절 광학 소자(4)의 파워(회절 파워)와 부 주사 방향에서 fθ의 렌즈(6)들의 파워(굴절률)가 적절하게 설정되어 부 주사 방향에서 장치의 환경 변동(반도체 레이저(1)의 온도 변동 및 파장 변동)으로 야기되는 초점 변화를 효과적으로 보정한다. 따라서, 환경 변동에 강하고 고정밀 인쇄에 적합한 주사 광학계가 컴팩트하게 및 저비용으로 얻어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 주사 광학 장치가 화상 형성 장치에 적용될 때 주 주사 방향의 요부 단면도이다. 도 5에서, 도 2에 도시된 소자들과 동일한 소자들은 동일한 참조 부호로 도시된다.
전술한 실시예 1과 본 실시예의 차이점은 광 편향기 부근의 제2 광학계를 구성하는 fθ 렌즈의 렌즈 표면에 회절 광학 소자가 부가되고, 제1 광학계가 종래 기술 구성(도 1 참조)에서와 같이 콜리메이터 렌즈, 조리개 및 원통형 렌즈로 구성된다는 것이다. 다른 관점에서, 본 실시예의 구성 및 광학 작용은 전술한 실시예 1과 실질적으로 유사하고, 그 결과로서 유사한 효과가 얻어진다.
즉, 도 5에서, 참조 부호(46)는 제 2광학계(L42)으로서 fθ렌즈를 나타낸다. fθ렌즈는 플라스틱 재질로 형성된 비구면 형태의 단일 렌즈를 포함하고, 부 주사 방향에서 파워(회절 파워)를 갖는 회절 광학 소자(48)는 광 편향기(5)에 인접한 단일 렌즈의 렌즈 표면(제1 표면)(Ra)에 부가되고, 회절 광학 소자(48)의 회절 표면(48a)은 전술한 실시예 1에서 동일한 표시로 표시된다.
즉, fθ 렌즈(46)의 제1 표면(Ra)에 부가된 회절 광학 소자(48)의 회절 표면(48a)에 관련해서, 위상 함수가 ø(y, z)이고 광축을 갖는 제1 표면(Ra)의 교차하는 점이 원래의 지점이며 광축의 방향이 x-축이고 주 주사면에서 광축에 직교하는 축이 y-축이며 부 주사면에서 광축에 직교하는 축이 z-축일 때, 위상 함수가 다음의 식으로 표시된다.
C1- C3: 위상 다항식 계수
λ = 780 ㎚
참조 부호(44)는 원통형 렌즈를 표시하며, 상기 원통형 렌즈는 제1 광학계(L41)의 소자로 구성되며 부 주사 방향에서 소정의 굴절력을 갖고 있다.
다음으로 본 실시예의 부 주사 방향에서 초점 변동의 보정 원리가 설명된다.
본 실시예에 의한 주사 광학 장치가 환경 온도 t℃에 있을 때, fθ 렌즈(46)의 굴절률 지수는 n이며 반도체 레이저(1)의 진동 파장은 λ라고 가정한다.
fθ 렌즈(46)의 굴절률 지수의 온도 의존 계수가 dn/dt이고 반도체 레이저(1)의 파장의 온도 의존 계수가 dλ/dt/이며 fθ 렌즈의 굴절률 지수의 파장 의존 계수가 dn/dλ일 때, 환경 온도가 Δt로 변할 때의 fθ 렌즈(46)의 굴절률 지수(n') 및 반도체 레이저(1)의 파장(λ')는및로서 각각 나타내진다.
반면에, 회절 표면(48a) 상의 광선 통과 지점에서 격자 공간 주파수는 H이고, fθ 렌즈(46)의 제1 표면(Ra) 상에 형성된 회절 광학 소자(48)의 파워(øB)은로 나타내진다.
r = (y2+ z2)1/2, m은 회절 차수이고, λ는 파장이다.
결과적으로, 부 주사 단면의 광축 상의 fθ 렌즈(46) 제1 표면(Ra)의 곡률 반경은 r1이고 부 주사 횡단면의 광축 상의 제2 표면(Rb)의 곡률 반경은 r2이고 간략하게 얇은 벽의 시스템으로 가정하고, 회절 광학 소자(48)의 파워 및 굴절에 의한 파우가 동일한 위치에서 존재한다고 가정하면, 환경의 온도가 t℃일 때 부 주사 방향에서 fθ 렌즈(46)의 파워(øt)은 다음의 수학식으로 표시된다.
반면에, 환경의 온도가 Δt로 변할 때 부 주사 방향에서 fθ 렌즈의 파워(øt)은 다음의 수학식으로 표시된다.
만약 여기에서, 환경 온도와 관계없이 부 주사 방향에서 fθ 렌즈(46)의 파워가 항상 일정하다면, 부 주사 방향에서 어떠한 초점 변동이 본질적적으로 발생되지 않을 것이다.
따라서, 수학식 1 및 수학식 2는 상호 동일하고, 최종적으로
회절 차수를 1차로 하여 fθ 렌즈(46)의 회절 광학 소자(회절부)(40)의 파워(øB)는
이고,
fθ 렌즈(46)의 회절 광학 소자 이외의 다른 부분(굴절부)의 파워(øL)은
이다.
따라서, 수학식 3은
fθ 렌즈(46)의 회절부의 파워(øB) 및 굴절부의 파워(øL)가 이러한 수학식을 충족시키도록 결정되면, 환경 변동들에 의한 초점 변동(반도체 레이저의 온도 변동 및 파장 변동)은 실질적으로 완전하게 보정될 수 있다.
여기에서, dλ/dt, dn/dt 및 dn/dλ를 실질적으로 가정하여 얻어진 값들을 고려해 보면, 부 주사 방향에서 fθ 렌즈(46)의 회절부의 파워가 øB이고 부 주사 방향에서 굴절부의 파워가 øL일 때, 각각의 파워는 다음의 조건을 만족시키도록 설정되는 것이 바람직하다.
수학식(5)은 fθ 렌즈(46)를 구성하는 회절부의 파워와 굴절부의 파워 사이의 비에 관한 것이며, 수학식(5)이 벗어나면, 장치의 환경 변동으로 야기되는 부 주사 방향에서 어떠한 초점 변화도 보정하기가 어려워질 것이므로 좋지 않다.
본 실시예에서,
øL/ øB=1.171 및 수학식(5)이 만족된다.
표 3 및 표 4는 본 실시예에서의 광학 배열 및 fθ 렌즈(46)의 비구면 계수 및 회절 광학 소자(48)의 위상 조건을 각각 아래에 도시한다.
사용 파장 λ(㎚) 780
fθ 렌즈의 굴절률 n 1.524
다각형 입사각 θi -65
나타난 다각형 최대각 θmax 45
다각형 - fθ 렌즈 d1 20.915
fθ 렌즈의 중심 두께 dL 7.5
fθ렌즈 - 주사될 표면 Sk 125.879
fθ의 초점 길이 f 133.69
다각형 ø20 4면체
제 1면 제 2면
R 49.464 R 160.673
Y가 +일때 Y가 +일때
Ku -1.75325E+01 Ku -1.43487E+02
B4u -9.79528E-06 B4u -1.09382E-05
B6u 5.71251E-09 B6u 4.70016E-09
B8u 7.03030E-14 B8u -2.74757E-12
B10u -1.06320E-15 B10u 1.00200E-15
Y가 -일때 Y가 -일때
K1 -4.200091E+00 K1 -7.79269E+00
B41 -9.79528E-06 B41 -6.44856E-06
B61 5.71251E-09 B61 -1.16920E-09
B81 7.03030E-14 B81 3.12133E-12
B101 -1.06320E-15 B101 -1.20296E-15
r -51.668 r -14.6234
Y가 +일때 Y가 +일때
D2u 0.00000E+00 D2u 1.24290E-03
D4u 0.00000E+00 D4u -3.76988E-06
D6u 0.00000E+00 D6u 5.30548E-09
D8u 0.00000E+99 D8u -3.17865E-12
D10u 0.00000E+00 D10u 1.24960E-16
Y가 -일때 Y가 -일때
D21 0.00000E+00 D21 1.00192E-03
D41 0.00000E+00 D41 -1.44682E-06
D61 0.00000E+00 D61 -1.70141E-10
D81 0.00000E+00 D81 1.26126E-12
D101 0.00000E+00 D101 -5.27229E-16
회절 소자의 위상 조건
C1 -1.17334E-02
C2 7.18464E-06
C3 -2.65115E-14
도 6은 본 실시 형태의 온도 상승 전후의 부 주사 방향으로의 만곡을 도시하는 수차도로서, 실선은 상온(25℃)에서의 특성을 나타내며 점선은 25℃의 온도 상승이 일어나서 온도가 50℃에 도달할 때의 특성을 나타낸다. 이러한 그래프로부터, 온도 상승 전후에 부 주사 방향에서 초점의 변화가 거의 없거나 또는 전혀 없음을 알 수 있다.
따라서, 본 실시예에서, 전술된 바와 같이 광 편향기(5)에 인접한 제2 광학계(L42)인 fθ렌즈(46)들의 렌즈 표면(Ra)에 회절 광학 소자(48)가 부가되고, 부 주사 방향에서 fθ렌즈(46)들의 회절부의 파워(회절 파워) 및 부 주사 방향에서 굴절부의 파워(굴절률)가 적절하게 설정되어 장치의 환경 변동(반도체 레이저(1)의 온도 변동 및 파장 변동)으로 야기되는 부 주사 방향에서의 초점 변화를 양호하게 보정해 준다. 따라서, 환경의 변동들에 강하게 대항하고 고정밀 인쇄에 적합한 주사 광학계가 컴팩트하게 및 저비용으로 얻어질 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예 3 에 따른 주사 광학 장치가 화상 형성 장치에 적용될 때의 주 주사 방향의 요부 단면도이다. 도 7에서, 도 5에 도시한 요소와 동일한 요소에는 동일한 참조 부호가 부여되어 있다.
본 실시예와 상술한 실시예 2의 차이점은 제1 광학계의 한 요소를 구성하는 원통형 렌즈의 한 표면에 회절 광학 소자가 부가된다는 점이다. 그 밖에, 본 실시예의 구성 및 광학적 작용은 상술한 실시예 1의 구성 및 작용과 실질적으로 유사하므로, 그와 유사한 효과가 얻어진다.
즉, 도 7에서, 참조 번호 (64)는 제1 광학계(L61)의 한 요소를 구성하는 원통형 렌즈를 지시하고, 광원 수단(1)에 인접해 있는 이 원통형 렌즈(64)의 렌즈 표면은 부 주사 방향의 소정의 파워를 갖는 원통형 표면으로 이루어지며, 부 주사 방향의 파워(회절력)을 갖는 회절 광학 소자(68)가 광 편향기(5)에 인접해 있는 렌즈 표면(편평한 표면)에 부가된다. 참조 번호 (46)은 상술한 실시예 2에서와 유사한 fθ 렌즈를 지시한다.
본 실시예에서는, 실시예 1에 개시된 부 주사 방향의 초점 변화의 보정 원리와 실시예 2에 개시된 부 주사 방향의 초점 변화의 보정 원리를 모두 이용하여, 장치의 주위 환경의 변동에 기인하는 부 주사 방향의 초점 변화를 효과적으로 보정한다. 이에 의해, 본 실시예에서, 부 주사 방향의 fθ 렌즈(46)와 원통형 렌즈(64) 각각의 회절부(회절 광학 소자)의 파워를 작게 설정할 수 있어, 그 결과, 회절 광학 소자(68, 48)의 격자 피치를 크게 할 수 있다는 제조상 매우 유리한 이점을 얻을 수 있다.
다음의 표 5와 표 6은 본 실시예의 광학적 배치, fθ 렌즈(46)의 비구면 계수, 원통형 렌즈(64)의 형상 및 회절 광학 소자(68, 48)의 위상항을 나타낸다.
사용된 파장 λ(㎚) 780
fθ 렌즈의 굴절율 n 1.524
다각형 입사각 θi -65
다각형 최대 출사각 θmax 45
회절면 - 다각형 d0 45
다각형 - fθ 렌즈 d1 20.915
fθ 렌즈의 중심 두께 dL 7.5
fθ 렌즈 - 피주사면 Sk 125.879
fθ 렌즈의 집점 거리 f 133.69
다각형 φ20, 4면체
원통형 렌즈의 자오선 R
32.22
원통형 렌즈의 굴절율
1.51072
원통형 렌즈의 두께
5 ㎜
원통형 렌즈 회절 소자의 위상항
C1 -2.89387E-03
C2 0.00000E+00
C3 0.00000E+00
Fθ 렌즈 회절 소자의 위상항
C1 -6.40307E-03
C2 2.11016E-06
C3 -2.65115E-14
도 8은 온도 상승 전후의 부 주사 방향의 본 실시예의 화상 만곡(彎曲)을 도시한 수차도이고, 실선은 상온(25℃)에서의 특성을 나타내며, 점선은 25℃의 온도 상승이 발생하여 온도가 50℃에 이르렀을 때의 특성을 나타낸다. 이 도면으로부터, 온도 상승 전후에 부 주사 방향의 초점 변화는 거의 혹은 전혀 발생하지 않음을 알 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에서는, 상술한 바와 같이 각각의 제1 광학계(L61)과 제2 광학계(L42)에 회절 광학 소자를 제공하여, 각각의 회절 광학 소자의 격자 피치를 큰 값으로 설정할 수 있으므로, 제조가 매우 용이한 주사 광학계를 구성할 수 있다. 본 실시예에서는, 원통형 렌즈(64)의 한 표면에 회절 광학 소자를 부가하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 콜리메이터 렌즈(2)의 한 표면에 회절 광학 소자를 부가할 수도 있다.
상술한 실시예 2 및 3에서, 각각의 광학계를 구성하는 광학 소자의 적어도 하나의 표면에 회절 광학 소자를 부가하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 개별적으로 광로에 회절 광학 소자를 구성할 수도 있다.
상술한 본 발명에 따르면, 상술한 바와 같이 광 편향기에 대해 광원 수단 측에 배치된 제1 광학계 및 피주사 표면 측에 배치된 제2 광학계 중의 적어도 하나에 회절 광학 소자를 설치하며, 회절 광학 소자의 파워 변화 및 광학계의 파워 변화에 의해 장치의 환경 변동(반도체 레이저의 온도 변동 및 파장 변동)으로부터 기인하는 부 주사 방향의 수차 변동(초점 변화)을 보정하여, 환경 변동에 영향받지 않으며 대단히 세밀한 인쇄에 적합한 소형 주사 광학 장치 및 이를 사용하는 화상 형성 장치를 달성할 수 있다.
특히, 회절 광학 소자를 제2 광학계에 제공하는 경우, 상술한 수학식 (5)를 만족하도록 각 소자의 파워를 적당히 설정할 수 있어, 환경 변동에 영향받지 않으며 대단히 세밀한 인쇄에 적합한 소형 주사 광학 장치 및 이를 사용하는 화상 형성 장치를 달성할 수 있다.
상술한 실시예에서는, 광원 수단(1)으로부터 방출된 광 빔은 제1 광학계(L1)을 통해 편향 수단(5)으로 향하며 편향 수단에 의해 편향된 광 빔은 제2 광학계(L2)을 통해 피주사면(7)에 이미징되어 피주사면을 광학적으로 주사하는 주사 광학 장치에서, 제1 및 제2 광학계의 적어도 하나에 회절 광학 소자(4)를 제공하여, 환경 변동으로 인한 부 주사 방향의 주사 광학 장치의 수차 변동을 보정하는 점을 설명하였다.
다음의 실시예에서는, 광 편향기에 대해 광원 수단 측에 배치된 제1 광학계 및 피주사면 측에 배치된 제2 광학계의 각각에 회절 광학 소자를 제공하여, 회절광학 소자 설계의 자유도를 향상시키고, 각각의 광학계에 단독으로 광학 특성의 보정을 행할 수 있거나 혹은 각각의 회절 광학 소자에 의해 광학 특성의 보정을 행할 수 있다는 점을 설명한다.
도 9는 주 주사 방향의 본 발명의 주사 광학 장치의 실시예 4의 요부 단면도(주 주사 단면도)이며, 도 10은 부 주사 방향의 본 발명의 실시예 4의 요부 단면도(부 주사 단면도)이다.
도 9 및 도 10에서, 참조 번호 (1)은 예를 들어 반도체 레이저(레이저 다이오드)를 포함하는 광원 수단을 나타낸다. 본 실시예의 반도체 레이저(1)는 두 개의 서로 다른 파장(λ1및 λ2)의 광 빔(레이저 빔)을 발진시킬 수 있으며, 장치의 온도(환경 온도)가 높아질 때 광 빔의 파장이 길어지는 특성을 갖는다. 도 11은 반도체 레이저(1)의 사용 온도와 그로부터 방출된 광 빔의 파장간의 관계를 도시한 그래프이다.
참조 번호 (2)는 광원 수단(1)으로부터 방출된 발산형(divergent) 광 빔을 주 주사 방향으로 실질적으로 평행한 광 빔(즉 수렴 광 빔)으로 변환시키는 제1 광학 소자로서의 콜리메이터 렌즈를 나타낸다. 참조 번호 (3)은 통과하는 광 빔(광량)을 제한하는 개구 조리개를 나타낸다.
참조 번호 (14)는 제2 광학 소자로서의 제1 회절 광학 소자를 나타내며, 예를 들면 플라스틱 재질로 형성된 양면 평행 평판의 개구 조리개(3) 측의 평면에 부가되어 있다. 제1 회절 광학 소자(14)는 도 9의 도면의 평면에 수직인 부 주사 방향으로만 회절 작용(예를 들어 포지티브 회절 작용, 즉 수렴 작용, 또는 네거티브 회절 작용, 즉 발산 작용)을 가지며, 개구 조리개(3)를 통과한 광 빔으로 하여금 부 주사 단면내에서 후술할 광 편향기(5)의 편향면에 거의 선상(線像)으로서 결상되게 한다. 본 실시예의 제1 회절 광학 소자(14)의 회절 표면(14a)은 광원 수단(1) 측에 구성된다.
각각의 콜리메이터 렌즈(2), 개구 조리개(3) 및 제1 회절 광학 소자(14)는 제1 광학계(L11)의 한 요소를 구성한다.
도 12는 제1 회절 광학 소자(14)의 단면의 격자 패턴을 도시한 단면도이다. 이 제1 회절 광학 소자(14)는 이른바 멀티 위상 레벨이라고 하며, 포토마스크를 사용하여 에칭을 반복함으로써 제조되거나 혹은 절삭에 의해 제조될 수 있다. 어느 경우에도, 부 주사 방향으로만의 격자 패턴이므로, 용이하게 제조할 수 있다. 제1 회절 광학 소자의 단면의 격자 패턴(14)은 도 13에 도시한 바와 같이 블레이즈드(blazed) 격자이어도 좋다.
참조 번호 (5)는 편향 수단으로서 예를 들어 다면경(회전 다면경)를 포함하는 광 편향기를 나타내며, 모터와 같은 구동 수단(도시 생략)에 의해 도 9에서 화살표 A 방향으로 일정한 속도로 회전된다.
도면 참조 번호(16)는 제3 광학 소자로서 비정질 광학 소자를 포함하고, 예를 들면, 플라스틱 재질로 형성된 단일 렌즈를 포함하는 fθ특성을 가진 fθ렌즈를 나타낸다. 본 실시예의 fθ 렌즈(16)는 광 굴절기(5)측 상에서 그의 렌즈 표면(평편한 면)(Ra)으로 가해진 주 주사 방향에서만 회절 작용(예를 들면, 포지티브 회절 작용, 즉 집속 작용, 또는 네가티브 작용, 즉 발산 작용)을 하는 제2 회절 광학 소자(24)를 갖고, 원환체면으로 형성된 주사 측면이 될 상기 면에 그의 렌즈면(Rb)을 갖는다. fθ렌즈는 이미지 정보에 기초한 광 굴절기(5)에 의해서 굴절된 광 빔이 주사될 면이 되는 감광 드럼면(7)상에 스폿 형태의 모양으로 상이 맺히도록 하며, 광 굴절기(5)의 굴절 면의 표면 경사를 보정한다. fθ렌즈는 제2 광학계L12의 소자를 구성한다.
도 12는 fθ 렌즈(16)의 렌즈 면(Ra)으로 가해진 제2 회절 광학 소자(24)의 단면의 격자 패턴을 나타낸 것이다. 상술한 제1 회절 광학 소자(14)와 같이, 제2 회절 광학 소자(24)는 다상(multiphase)레벨이라 불리며, 포토마스크의 사용에 의해서 에칭을 반복함으로써 만들어 질 수 있으며, 혹은 절단에 의해서 만들어 질 수 있다. 어떻게 만들어 지든간에 제2 회절 광학 소자는 주 주사 방향에서만 격자 패턴이 됨으로 만들기 용이하다. 제2 회절 광학 소자(24)의 단면의 격자 패턴은 도 13에 도시한 톱니형 격자일 수 있다.
본 실시예에서 반도체 레이저(1)로부터 방출된 발산 광 빔은 콜미레이터 렌즈(2)에 의해서 주 주사 방향으로 실질적으로 평행한 광 빔으로 변환되며, 이 광 빔(광량)은 개구 스톱(3)에 의해서 제한되어 제1 회절 광학 소자(14)로 입사된다. 주 주사 단면에 존재하는 제1의 회절 광학 소자(14)로 입사된 광 빔의 일부는 제1 회절 광학 소자로부터 그대로 출현한다. 또한, 부 주사 단면에서는 광 빔이 집속되며, 광 굴절기(5)의 굴절면(5a)상에 선형 이미지(주 주사 방향에서는 긴 선형 이미지)으로서 형성된다. 광 굴절기(5)의 굴절면(5a)에 의해서 굴절된 광 빔은 fθ 렌즈(16)를 통해서 감광 드럼면(7)으로 지향되며, 광 굴절기(5)는 화살표 A의 방향으로 회전되어 화살표 B의 방향으로 광학적으로 감광 드럼면(7)을 주사한다. 따라서, 기록 매체인 감광 드럼면(7)상에 이미지 기록이 행해진다.
본 실시예에서는 상술한 바와 같이, 제1 회절 광학 소자(14)가 부 주사 방향에서 회절 작용(파워)을 가지며, 반도체 레이저(1)로부터의 광 빔의 파장이 예를 들면, 장 파장측으로 변경 및 시프트되는 경우에 부 주사 방향에서의 fθ렌즈(16)의 포지티브 파워가 떨어지게 되며, 이것은 부 주사 단면의 초점이 상부 측면으로 시프트되는 제1 회절 광학 소자(14)의 광학 작용에 의해서 보정된다. 즉, 이때의 제1 회절 광학 소자(14)는 부 주사 방향에서의 그의 포지티브 파워가 강하기 때문에 상부측으로부터 시프트하는 초점을 하부측으로 보정하는 작용을 갖는다. 따라서, 전체 장치에서의 광 빔의 파장이 변화될 때에 부 주사 단면의 초점 변화가 잘 보정될 수 있으며, 감광 드럼면(7)상에서의 스폿 직경의 임의의 증가가 억제될 수 있다.
또한, 본 실시예에서, 전체 장치의 사용된 온도가 예를 들면, 고온측으로 변경되었을 때에 고온 동안 떨어지는 부 주사 방향에서의 fθ렌즈(16)의 포지티브 파워 및 상부측으로 시프팅하는 부 주사 단면의 초점이 도 11에 도시된 특성을 가진 반도체 레이저(1)를 사용함으로써 제1 회절 광학 소자(14)의 광학 작용에 의해서 보정된다. 즉, 이 때의 제1 회절 광학 소자(14)는 부 주사 방향에서의 그의 포지티브 파워가 강하기 때문에 상부측으로 시프팅하는 초점을 하부측으로 보정하는 작용을 갖는다. 따라서, 전체 장치의 사용된 온도가 변화될 때에 부 주사 단면의 초점 변화가 잘 보정될 수 가 있어서, 감광 드럼면(7)상에서의 스폿 직경의 임의의 변화가 억제될 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 실시예에서는 장치의 환경적 변화에 의한 부 주사 단면의 초점 변화가 파장의 변화에 의해서 부 주사 방향에서의 fθ렌즈(16) 및 제1 회절 광학 소자(14)의 파워(굴절율)의 변화, 및 온도 변화에 의한 부 주사 방향에서의 fθ 렌즈(16) 및 제1 회절 광학 소자(14)의 파워(굴절률)의 변화를 사용하여 보정된다.
또한, 상술한 바와 같이, 주 주사 단면과 관련하여, 주 주사 방향에서만 회절 작용(파워)을 갖는 제2 회절 광학 소자(24)는 광 굴절기(5)에 인접한 fθ렌즈의 해당 렌즈면에 부가되므로, 부 주사 단면의 초점 변화뿐만 아니라 주 주사 단면의 초점 변화도 보정될 수 있으므로, 감광 드럼면(7)상의 스폿 직경에 대한 임의의 증가가 억제될 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 실시예에서는 장치의 환경적 변화로 인한 주 주사 단면의 초점 변화가 파장의 변화로 인한 주 주사 방향에서의 fθ 렌즈(16) 및 제2 회절 광학 소자(24)의 파워(굴절율)의 변화와 온도 변화에 의한 주 주사 방향에서의 fθ 렌즈(16) 및 제2 회절 광학 소자(24)의 파워(굴절율)의 변화를 사용하여 보정된다.
일반적으로, 예를 들면, 온도 변화에 의해서 광원(반도체 레이저)의 파장이 λ1에서 λ2로 변할 때에, 어떤 회절 소자도 사용하지 않고 굴절 렌즈만으로 구성된 도 1에 도시된 종래의 주사 광학 장치에서는 제1 광학계의 파워가 떨어지게 되고, 또한 제2 광학계의 파워도 떨어지게 되어 전체 주사 광학 장치에서 초점 변화가 현저하게 되는 문제가 발생한다.
따라서, 본 실시예에서는 적어도 2개의 서로 다른 파장 λ1 및 λ2의 광 빔(레이저 빔)을 발진시킬 수 있는 광원을 제작하여 다음의 조건을 만족시킴으로써 상술한 문제점을 해소하고 있다.
여기서, φ1은 파장 λ1에 대한 제1 혹은 제2 회절 광학 소자의 파워,
ΔP0는 광원 수단의 파장이 λ1에서 λ2로 변화될 때에 전체 주사 광학 장치의 초점 변화량,
ΔP1은 광원 수단의 파장이 λ1일 때에 제1 또는 제2 회절 광학 소자가 φ1에 의해서 계산된 경우와 광원 수단의 파장이 λ2일 때에 제1 혹은 제2의 회절 광학 소자가 φ1·(λ1/λ2)에 의해서 계산된 경우간에 초점 위치 차이이다.
즉, 파장 λ1의 경우에서 φ1이었던 회절 광학 소자(제1 혹은 제2 회절 광학 소자)의 파워가 파장 λ2의 경우에서는 φ1·(λ1/λ2)이 됨으로, 상기 수학식 6에서, ΔP1은 파장의 결과가 λ1에서 λ2로 변할때에 발생하는 회절 광학 소자의 파워변화 계수만에 의한 초점 위치 차이(초점 변화량)가 되며, (ΔP0-ΔP1)은 회절 광학 소자의 파워의 변화 계수와는 다른 계수에 의한 초점 위치 차이(초점 변화량)이 된다.
회절 광학 소자의 파워 φ1이 제로(0)이면, ΔP1= 0가 되고, 물론 회절 광학 소자에 의한 초점 보정 효과가 완전히 무효화된다. 이 때에는 일반적으로 ΔP0≠ 0이므로, ΔP1/ (ΔP0-ΔP1) = 0이고, ΔP1/(ΔP0-ΔP1) = -1이면, ΔP0= 0이므로, 전체 주사 광학 장치에서 반도체 레이저의 파장 변화에 의한 초점 변화가 무효화되다.
결과적으로, -1 < ΔP1/(ΔP0-ΔP1) < 0의 범위에서는, 회절 광학 소자에 의한 초점 보정 효과가 보정 부족 상태로 되며, ΔP1/(ΔP0-ΔP1) < -1의 범위에서는 초점 보정 효과가 보정 과도 상태를 나타낸다. 본 실시예에서, ΔP1/(ΔP0-ΔP1)의 값은 상술한 수학식6을 만족시키도록 설정된다.
상술한 수학식6은 회절 광학 소자의 파워의 변화의 계수만에 의한 초점 위치 차이와 회절 광학 소자의 파워의 변화와는 다른 계수에 의한 초점 위치 차이간의 비와 관련되며, 상기 수학식6의 상한값이 초과되는 경우에 회절 광학 소자에 의한 초점 보정 작용이 무효화되거나 혹은 역의 보정이 발생될 수 있는데 이것은 바람직하지 않다. 또한, 상기 수학식 6의 하한값이 초과되는 경우에, 과도 보정이 발생될 수 있으며, 이것은 바람직하지 않다.
보다 바람직하게는, 수학식 6의 하한값은 -2.0이 된다.
또한, 일반적으로 주사 광학 장치의 사용 온도가 T1에서 T2(T1< T2)까지 변화하는 경우, 종래의 주사 광학 장치에서는, 광학 시스템 렌즈의 파워가 떨어지거나 광원(반도체 레이저)의 파장이 변화하므로, 전체 주사 광학 장치에서와 같이 현저한 초점 변화가 일어나는 문제를 유발한다.
그래서, 본 실시예에서, 상술된 문제는 광원이, 주사 광학 장치의 사용 온도가 T1에서 T2까지 변화할 때 파장이 λ1에서부터 λ2까지 변화하는 특성을 갖도록 하고, 다음의 조건을 만족함으로써 해소될 수 있다.
여기서, Φ1…… 파장 λ1에 대한 제1 및 제2 회절 광학 소자의 파워
ΔP0T…… 주사 광학 장치의 사용 온도가 T1에서부터 T2까지 변화할 경우 전체 주사 광학 장치의 초점 변화량
ΔP1T…… 주사 광학 장치의 사용 온도가 T1이고 광원 수단의 파장이 λ1일 때 제1 및 제2 회절 광학 소자의 파워가 Φ1으로 계산된 경우와, 주사 광학 장치의 사용 온도가 T2이고 광원 수단의 파장이 λ2일 때 제1 및 제2 회절 광학 소자의 파워가 Φ1(λ2/λ1)으로 계산되는 경우 사이의 초점 위치차이다.
즉, 파장 λ1의 경우에 Φ1이었던 회절 광학 소자(제1 및 제2 회절 광학 소자)의 파워는 파장 λ2의 경우에 Φ1(λ2/λ1)이 되므로, 수학식 7에서, ΔP1T는 사용 온도가 T1에서 T2까지 변화할 때 광원의 파장이 λ1에서부터 λ2까지 변화되고, 그 결과 발생된 회절 광학 소자의 파워 변화 요인에 의한 초첨 위치차(초점 변화량)이며, (ΔP0T-ΔP1T)는 회절 광학 소자의 파워 변화 요인 이외의 다른 요인에 의한 초점 위치차(초점 변화량)이다. 회절 광학 소자의 파워 Φ1이 0일 때는, ΔP1T=0이므로 당연히 회절 광학 소자에 의한 초점 보정 효과가 완전히 무효가 될 것이다. 또한 이 때, 통상 ΔP0T≠0이므로, ΔP1T/(ΔP0T-ΔP1T)=0이다. ΔP1T/(ΔP0T-ΔP1T)=-1일 때, ΔP0T=0이고 전체 주사 광학 장치에서와 같이 장치의 사용 온도의 변화에 의한 초점 변화는 0이 된다.
따라서, -1<ΔP1T/(ΔP0T-ΔP1T)<0의 범위에서는, 회절 광학 소자에 의한 초점 보정 효과가 보정 부족 상태에 있게 되고, ΔP1T/(ΔP0T-ΔP1T)<-1의 범위에서는, 초점 보정 효과가 보정 과도 상태로 나타난다. 본 실시예에서, 이 ΔP1T/(ΔP0T-ΔP1T)의 값은 수학식 (7)을 만족시킬 수 있도록 설정된다.
수학식 (7)은 회절 광학 소자의 파워 변화 요인만에 의한 초점 위치차와 회절 광학 소자의 파워 변화 요인 이외의 다른 요인에 의한 초점 위치차 사이의 비를 고려한 것으로, 수학식 (7)의 상한값을 초과하게 된다면, 회절 광학 소자에 의한초점 보정 작용이 없거나 역보정을 야기하게 되는데 이는 바람직하지 못하다. 보다 바람직하게는, 수학식(2)의 하한값이 -2.0이 되는 것이 바람직하다.
다음에는, 본 실시예에 따른 수치 실시예 4가 후술될 것이다.
수치 실시예 4는 도 10의 구성에서, 콜리메이터 렌즈(2), 제1 회절 광학 소자(14) 및 fθ 렌즈(16)는 도 14에 도시된 바와 같이 박편 렌즈들의 굴절력을 배치 내에 있고 부 주사 단면 만의 수치가 기록된다.
수치 실시예 4
주사 광학 장치의 온도가 25℃ = 780㎚일 때 레이저 파장
광원(1) - 콜리메이터 렌즈(2) 간격 e1=25콜리메이터 렌즈(2) - 제1 회절 광학 소자(14) 간격 e2=20제1 회절 광학 소자(14) - 다면경(5) 간격 e3=25다면경(5) - fθ 렌즈(16) 간격 e4=60
콜리메이터 렌즈(2)의 전력 =0.04제1 회절 광학 소자(1 4)의 전력 =0.04fθ 렌즈(16)의 전력 =0.025
콜리메이터 렌즈(2)의 nd 및 vd =1.80518, 25.4fθ 렌즈(16)의 nd 및 vd =1.49171, 57.4
주사 광학 장치의 온도가 50℃일 때 레이저 파장 =786.4㎚온도가 50℃일 때 fθ 렌즈(16)의 nd 및 vd =1.48921, 57.4
수치 실시예 4에서, 주사 광학 장치의 온도가 T1=25℃일 때, 레이저 파장은 λ1=780㎚이고, 부 주사 단면의 초점이 fθ 렌즈(16)로부터 피주사면(7) 측으로 120(㎜) 만큼 떨어진 위치(점 Q)에 있다.
주사 광학 장치의 온도가 T2=50℃에 있을 때, 레이저 파장은 λ2=786.4㎚이고, 콜리메이터 렌즈(2)의 파워는 색분산으로 인해서 1/25.0127=0.039980로 약해지며, 온도가 25℃에서부터 50℃까지 변화할 때는, 장치 전체의 초점 변화량(ΔP0T)이ΔP0T=1.208이 된다.
온도가 25℃이고 파장(λ1)이 780㎚일 때 제1 회절 광학 소자(14)의 파워가 0.04로 계산되는 경우와 온도가 50℃이고 파장(λ2)이 786.4㎚일 때 제1 회절 광학 소자(14)의 파워가 0.040328로 계산되는 경우 사이의 초점 위치차(초점 변화량)(ΔP1T)이 ΔP1T=-0.806이고, ΔP1T/(ΔP0T-ΔP1T)=-0.40이다.
이는 온도가 변화할 때에 변화되는 파장에 의해서 야기되는 제1 회절 광학 소자의 파워 변화에 의해서 양호한 초점 보정이 영향을 받는다는 것을 나타내고, 상술된 수학식 (7)을 만족시킨다.
도 15는 부 주사 단면에서 본 발명의 실시예 5의 주사 광학 장치의 굴절력 배치를 도시한 개략도이다. 도 15에서, 도 14에 도시된 것과 동일한 소자들에 대해서 동일한 도면 부호가 사용된다.
본 실시예와 상술된 실시예 4와의 차이점은 제2 광학 소자가 회절 작용을 하는 회절 소자부(제1 회절 광학 소자)(71)와 굴절 작용을 하는 굴절 렌즈부(비회절 소자 렌즈부)(72)가 하이브리드 구성을 갖는다는 것이다. 한편, 본 실시예의 구성 및 광학 작용은 실시예 4의 구성 및 광학 작용과 사실상 유사하다.
즉, 도 15에서, 도면 부호(74)는 부 주사 방향으로만 회절 작용하는 회절 소자부(제1 회절 광학 소자)(71)와 부 주사 방향으로 양의 굴력절의 갖는 굴절 렌즈부(72)의 하이브리드 구조로 구성되는 제2 광학 소자부를 나타낸다. 상술된 바와 같이 제2 광학 소자(74)를 구성함으로써, 본 실시예에서도 상술된 실시예 4와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이제, 실시예 5에 따라서 수치 실시예 5가 후술될 것이다. 수치 실시예 5에서는, 부 주사 단면 만의 수치를 기록하였다.
수치 실시예 5
레이저 기준 파장 = 780㎚파장 변화 = 6.4㎚
광원(1) - 콜리메이터 렌즈(2) 간격 e1=25콜리메이터 렌즈(2) - 회절 소자부(71) 간격 e2=20회절 소자부(71) - 굴절 렌즈부(72) 간격 e3=0굴절 렌즈부(72) - 다면경(5) 간격 e4=25다면경(5) - fθ 렌즈(16 ) 간격 e5=60
콜리메이터 렌즈(2)의 전력 =0.04회절 소자부(71)의 전력 =0.01굴절 렌즈부(72)의 전력 =0.03fθ 렌즈(16)의 전력 =0.025
콜리메이터 렌즈(2)의 nd 및 vd =1.80518, 25.4굴절 렌즈부(72)의 nd 및 vd =1.51633, 64.2fθ 렌즈(16)의 nd 및 vd =1.49171, 57.4
수치 실시예 5에서, 레이저 파장이 λ1=780㎚일 때, 부 주사 단면의 초점은 fθ 렌즈(16)로부터 피주사면(7) 측에서 120(㎜) 만큼 떨어진 위치(점 Q)에 있다. 레이저 파장이 λ2=786.4㎚일 때, 각 렌즈의 파워는 색 분산에 의해서 다음 값이 된다.
조준 렌즈(2)의 파워 =0.039980굴절 렌즈부(72)의 파워 =0.029992fθ 렌즈(16)의 파워 = 0.024993
또한, 회절 소자부(71)의 파워는 0.01×(786.4/ 780) = 0.010082이다. 결과적으로, 파장이 λ1에서 λ2까지 변할 때, 장치 전체에 대한 초점의 변화량은 ΔP0= -0.031이다.
파장이 λ1일 때 회절 소자부(71)의 파워가 0.01로 계산된 경우와 파장이λ2일 때 회절 소자부(71)의 파워가 0.010082로 계산된 경우의 초점 거리의 차(초점 변화량)는 ΔP1= -0.204이고, ΔP1/ (ΔP0-ΔP1) = -1.20이다.
이것은 파장이 변할 때 양호한 초점 보정이 회절 소자부(71) 파워의 변동에 의해 실행된다는 것을 나타내며, 상기 언급한 수학식(6)을 만족한다.
상기 언급된 수치 실시예(4 및 5)에서, 부 주사된 단면 내에 있는 수치적 예들이 나타나지만, 만일 주 주사 방향에서 제2 회절 광학 소자(24)의 회절 작용(파워)이 각각의 주 주사 단면에 대하여 상기 언급한 수학식들(6 및 7)을 만족하도록 적절하게 설정된다면, 온도 변화 및 광원의 파장 변화와 같은 환경 변동을 위해 초점 보정이 양호하게 실행될 수 있다.
도 16은 본 발명의 주사 광학 장치의 실시예(6)의 필수 부분을 주 주사 방향에서 나타내는 단면도(주 주사 단면도)이고, 도 17은 본 발명의 필수 부분을 부 주사 방향에서 나타내는 단면도(부 주사 단면도)이다. 도 16 및 도 17에서 도 9 및 도 10에 도시된 것과 동일한 부분들은 동일한 참조 기호로 표현된다.
본 실시예가 상기 언급된 실시예(4)와 다른 점은 제2 광학 소자가 원통형의 렌즈로 구성되고, 회절 광학 소자(제1 회절 광학 소자)가 원통형 렌즈의 한 쪽 면에 부가되며, 제2 광학계가 fθ 렌즈, 평면 거울 및 원통형 거울로 구성되고, 회절 광학 소자(제2 회절 광학 소자)가 주사될 표면에 인접한 fθ렌즈의 렌즈 표면에 부가된다는 것이다. 다른 면에서, 본 실시예의 구조 및 광학적 작용은 상기 언급된 실시예(4)와 실질적으로 유사하며, 그로 인해 유사한 효과가 얻어진다.
다시 말해 도 16 및 도 17에서, 참조 번호(95)는 제2 광학 소자로서 왜상 광학 소자를 포함하는 원통형 렌즈(회절 렌즈로도 언급됨)를 나타내며, 서부 주사 방향에서만 회절 작용을 갖는 제1 회절 소자부(제1 회절 광학 소자)(94)가 콜리메이터 렌즈(2)와 인접한 쪽의 원통형 렌즈(95) 표면에 부가되고, 광 편향기(5)에 인접한 쪽의 원통형 렌즈 표면(95)은 부 주사 방향에서 포지티브의 파워를 갖는 원통형 광 굴절 렌즈부(93)를 포함한다.
참조 번호(96)는 제 3 광학 소자로서 왜상 광학 소자를 포함하고, 플라스틱 소재로 형성된 단일 렌즈를 포함하며, fθ 특성을 갖는 fθ렌즈를 나타낸다. 본 실시예에서 광 편향기(5)에 인접한 fθ 렌즈 표면은 비구면이며, 주사 되는 면(7)에 인접한 fθ 렌즈 표면은 포지티브의 파워를 갖는 회전-대칭 구면으로 만들어진 굴절 렌즈부(97) 및 회전-대칭 구면 상의 주 주사 방향에서만 회절 작용을 갖는 회전-대칭 격자 무늬의 제2 회절 소자부(제2 회절 광학 소자)(98)로 구성된다. 참조 번호(8)는 평면 거울을 나타내고, 참조 번호(9)는 부 주사 방향에서 포지티브의 파워를 갖는 원통형의 거울을 나타낸다.
본 실시예에서, 반도체 레이저(1)에서 방출된 발산광의 빔은 콜리메이터 렌즈(2)에 의해 주 주사 방향에서 실질적인 평행광으로 변환되고, 이러한 광 빔(광량)은 개구 조리개(3)에 의해 제어되어 원통형 렌즈(95)(제1 회절 광학 소자(94))로 입사된다. 광 빔 중 주 주사 단면에 있는 원통형 렌즈(95)로 입사된 부분은 그대로 방출된다. 또, 부 주사 방향에서 광 빔은 수렴되고, 광 편향기(5)의 굴절면(5a) 상에서 실질적인 선형 화상(주 주사 방향의 선형 화상)으로 형성된다.광 편향기(5)의 굴절 표면(5a)에 의해 굴절된 광 빔은 fθ렌즈에 의해 평면 거울(8) 및 원통형 거울(9)을 지나 감광 드럼 표면(7)으로 향하며, 화살표 A의 방향으로 회전하는 광 편향기(5)에 의해 화살표 B의 방향으로 감광 드럼 표면(7)을 주사한다. 그로써, 화상 기록은 기록 매체인 감광 드럼 표면(7) 상에서 실행된다.
본 실시예에서, fθ렌즈(96), 평면 거울(8) 및 원통형 거울(9)은 함께 경사 보정계를 구성하고, 부 주사 방향에서의 포지티브의 파워가 주 주사 방향에서의 포지티브의 파워보다 강하다. 여기에서, 파장 변동에 의한 초점 보정이 최적으로 실행되는 경우에, 부 주사 방향 내 회절 소자부의 포지티브의 파워는 더 강하게 될 필요가 있는데, 이는 주 주사 방향에서 보다 부 주사 방향에서의 포지티브의 파워가 강하기 때문이다. 그러나, 제2 회절 소자부(98)의 격자 무늬가 회전-대칭으로 제조되어 그로써 주 주사 방향에서의 초점 보정이 최적화되는 경우에, 부 주사 방향에서의 초점 보정은 보정 부족 상태가 된다.
그러므로, 본 발명의 실시예에서는 보정 부족 상태가 콜리메이터 렌즈(2)에 인접한 측의 원통형 렌즈(95) 표면에 가해진 부 주사 방향에서만의 회절 작용을 갖는 제1 회절 소자부(94)에 의해 보상되어, 초점이 주 주사 방향 및 부 주사 방향에서 전체적으로 양호하게 보정된다.
상기에 언급된 바와 같이 본 실시예에서, 포지티브의 파워를 갖는 회전-대칭 격자 무늬의 제2 회절 소자부(98)는 주사될 표면(7)에 인접한 쪽의 fθ렌즈 표면에 부가되어 제1 회절 소자부(94)는 포지티브의 파워에서 약해질 수 있고, 그 결과 제조되기 쉬운 모양을 가진다.
본 발명의 실시예에서 제1 회절 소자부(회절 광학 소자)가 원통형 렌즈의 한 쪽 표면에 부가되긴 하지만, 이것은 제한적인 것이 아니며 광학 경로와 무관하게 구성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 각각의 실시예에서 회절 광학 소자가 광 회절기에 대한광원 면 상에 배치된 제1 광학계와 주사될 면 상에 배치된 제2 광학계 각각에 배치되어 각각의 광학계에서 광학 특성이 단독으로 보정될 수 있고, 또는 광학계의 보정은 각각의 회절 광학 소자에 의해 개별적으로 실행될 수 있으며, 그 결과 화상 정보의 좀 더 정확한 기록이 성취될 수 있다.
또, 광학 특성의 보정이 개별적으로 실행될 수 있다는 것은 격자 무늬가 단 한 개의 회절 광학 소자가 사용된 경우에 비해 좀 더 단순하게 제조되고 실현될 수 있음을 의미하며, 그 결과 회절 광학 소자의 제조가 더 쉬워질 수 있다.
또, 제1 회절 광학 소자 및 제2 회절 광학 소자 중 최소 한 개는 주 주사 방향 및 부 주사 방향 중 하나에서 회절 작용을 갖고, 그로써 최소 한 개의 회절 광학 소자는 주 주사 방향 또는 부 주사 방향에서만 일직선의 벨트 모양의 격자 무늬를 나타내며, 예를 들어 회절 광학 소자가 몰딩에 의해 형성되는 경우에는 특히 틀을 절단할 때 절단 도구의 직선 이동 및 격자 무늬 형성 만으로도 제조가 가능해서 제조가 용이해 진다.
또, 제1 광학 소자 및 제2 회절 광학 소자 중의 하나는 주 주사 방향으로만 회절 작용을 갖도록 설계되고, 다른 회절 광학 소자는 부 주사 방향에서만 회절 작용을 하도록 설계되어, 회절 광학 소자의 격자 무늬가 일직선의 벨트 모양으로 만들어질 수 있어서 제조가 용이해지며, 광학 특성은 주 주사 방향 및 부 주사 방향에서 독립적으로 제어될 수 있다.
본 실시예에서, 비록 제조의 난이도는 달라지겠지만, 제1 및 제2 회절 광학 소자는 주 주사 방향 및 부 주사 방향 모두에서 회절 작용을 갖도록 설계될 수 있으며, 그로 인해 동일한 효과가 획득된다.
본 발명에 따르면, 전술한 바와 같이 회절 광학 소자가 광 편향기에 대해 광원 수단 표면 상에 배치된 제1 광학계 및 주사될 표면 상에 배치된 제2 광학계에 각각 제공되는 주사 광학 장치가 획득될 수 있으며, 그것으로 회절 광학 소자 설계의 자유도가 향상되고, 광학 특성의 보정은 각각의 광학 소자에서 단독으로 영향을 받고, 또는 광학 특성의 보정이 각각의 회절 광학 소자에 의해 개별적으로 영향을 받으며, 화상 정보의 더 정확한 기록이 영향을 받을 수 있고, 게다가 광학 특성의 보정은 보다 더 단순하게 만들어진 회절 광학 소자의 격자 무늬와 함께 제조하기 쉬운 회절 광학 소자에 의해 양호하게 실행된다.

Claims (62)

  1. 주사 광학 장치(scanning optical apparatus)에 있어서,
    광원 수단;
    상기 광원 수단으로부터 방출된 광 빔을 편향시키기 위한 편향 수단; 및
    상기 광원 수단으로부터 방출된 광 빔을 피주사면(surface to be scanned)으로 향하게 하기 위한 광학 수단 - 상기 광학 수단은 회절 광학 소자(diffracting optical element) 및 굴절 광학 소자(refracting optical element)를 포함함 - 을 포함하고,
    상기 주사 광학 장치의 환경 변동에 의한 부 주사 방향(sub-scanning direction)의 수차 변동(aberration fluctuation)은 상기 광학 수단의 상기 회절 광학 소자 및 상기 굴절 광학 소자 간 파워 비(power ratio)에 의해 보정되는 주사 광학 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 환경 변동은 온도 변동 및 상기 광원 수단의 파장 변동인 주사 광학 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광원 수단은 반도체 레이저인 주사 광학 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 수차 변동은 초점 변동인 주사 광학 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광학 수단은 상기 광원 수단으로부터 방출된 광 빔을 상기 편향 수단으로 향하게 하는 제1 광학계(a first optical system) 및 상기 편향 수단에 의해 편향된 광 빔을 상기 피주사면으로 향하게 하는 제2 광학계를 포함하고, 상기 회절 광학 소자는 상기 제1 광학계에 제공되는 주사 광학 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 회절 광학 소자는 상기 제1 광학계를 구성하는 광학 소자의 적어도 한 면 상에 제공되는 주사 광학 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 광학 수단은 상기 광원 수단으로부터 방출된 광 빔을 상기 편향 수단으로 향하게 하는 제1 광학계 및 상기 편향 수단에 의해 편향된 광 빔을 상기 피주사면으로 향하게 하는 제2 광학계를 포함하고, 상기 회절 광학 소자는 상기 제2 광학계에 제공되는 주사 광학 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 회절 광학 소자는 상기 제2 광학계를 구성하는 광학 소자의 적어도 한 면 상에 제공되는 주사 광학 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 광학 수단은 상기 광원 수단으로부터 방출된 광 빔을 상기 편향 수단으로 향하게 하는 제1 광학계 및 상기 편향 수단에 의해 편향된 광 빔을 상기 피주사면으로 향하게 하는 제2 광학계를 포함하고, 상기 회절 광학 소자는 상기 제1 광학계 및 상기 제2 광학계 각각에 제공되는 주사 광학 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 회절 광학 소자는 상기 제1 광학계를 구성하는 광학 소자의 적어도 한 면 및 상기 제2 광학계를 구성하는 광학 소자의 적어도 한 면 상에 제공되는 주사 광학 장치.
  11. 제7항에 있어서, 상기 제2 광학계는 플라스틱 재질(plastic material)로 형성된 단일 렌즈, 및 상기 회절 광학 소자를 갖는 주사 광학 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 회절 광학 소자는 상기 단일 렌즈의 적어도 한 면에 부가되는 주사 광학 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 단일 렌즈는 주 주사 방향(main scanning direction)의 양 렌즈면이 비구형(aspherical shape)으로 형성된 주사 광학 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 단일 렌즈는 주 주사 방향과 부 주사 방향 간의 굴절 파워가 서로 다른 주사 광학 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 회절 광학 소자는 계단형 광학 소자(staircase-like optical element)를 포함하는 격자 구조를 갖는 주사 광학 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 회절 광학 소자는 연속하는 프레넬 형 광학 소자(fresnel-like optical element)를 포함하는 격자 구조(grating structure)를 갖는 주사 광학 장치.
  17. 제7항에 있어서, 다음 조건
    1.0 ≤φL/φB ≤2.6을 만족하고,
    여기서 φB는 상기 제2 광학계내의 회절 광학 소자의 파워이고, φL은 상기 굴절 광학 소자의 파워인 주사 광학 장치.
  18. 화상 형성 장치에 있어서,
    광원 수단;
    상기 광원 수단으로부터 방출된 광 빔을 편향시키기 위한 편향 수단;
    기록 매체; 및
    상기 광원으로부터 방출된 광 빔을 상기 기록 매체의 표면으로 향하게 하기 위한 광학 수단 - 상기 광학 수단은 회절 광학 소자 및 굴절 광학 소자를 포함함 - 을 포함하고,
    상기 화상 형성 장치의 환경 변동에 의한 부 주사 방향의 수차 변동은 상기 광학 수단의 상기 회절 광학 소자 및 상기 굴절 광학 소자 간의 파워 비에 의해 보정되는 화상 형성 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 환경 변동은 온도 변동 및 상기 광원 수단의 파장 변동인 화상 형성 장치.
  20. 제18항에 있어서, 상기 광원 수단은 반도체 레이저인 화상 형성 장치.
  21. 제18항에 있어서, 상기 수차 변동은 초점 변동인 화상 형성 장치.
  22. 제18항에 있어서, 상기 광학 수단은 상기 광원 수단으로부터 방출된 광 빔을 상기 편향 수단으로 향하게 하는 제1 광학계 및 상기 편향 수단에 의해 편향된 광 빔을 상기 기록 매체의 면으로 향하게 하는 제2 광학계를 포함하고, 상기 회절 광학 소자는 상기 제1 광학계에 제공되는 화상 형성 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 회절 광학 소자는 상기 제1 광학계를 구성하는 광학 소자의 적어도 한 면 상에 제공되는 화상 형성 장치.
  24. 제18항에 있어서, 상기 광학 수단은 상기 광원 수단으로부터 방출된 광 빔을 상기 편향 수단으로 향하게 하는 제1 광학계 및 상기 편향 수단에 의해 편향된 광 빔을 상기 기록 매체의 면으로 향하게 하는 제2 광학계를 포함하고, 상기 회절 광학 소자는 상기 제2 광학계에 제공되는 화상 형성 장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 회절 광학 소자는 상기 제2 광학계를 구성하는 광학 소자의 적어도 한 면 상에 제공되는 화상 형성 장치.
  26. 제18항에 있어서, 상기 광학 수단은 상기 광원 수단으로부터 방출된 광 빔을 상기 편향 수단으로 향하게 하는 제1 광학계 및 상기 편향 수단에 의해 편향된 광 빔을 상기 기록 매체의 면으로 향하게 하는 제2 광학계를 포함하고, 상기 회절 광학 소자는 상기 제1 광학계 및 상기 제2 광학계 각각에 제공되는 화상 형성 장치.
  27. 제26항에 있어서, 상기 회절 광학 소자는 상기 제1 광학계를 구성하는 광학 소자의 적어도 한 면 및 상기 제2 광학계를 구성하는 광학 소자의 적어도 한 면 상에 제공되는 화상 형성 장치.
  28. 제24항에 있어서, 상기 제2 광학계는 플라스틱 재질로 형성된 단일 렌즈, 및 상기 회절 광학 소자를 갖는 화상 형성 장치.
  29. 제28항에 있어서, 상기 회절 광학 소자는 상기 단일 렌즈의 적어도 한 면에 부가되는 화상 형성 장치.
  30. 제28항에 있어서, 상기 단일 렌즈는 주 주사 방향의 렌즈의 양면이 비구형으로 형성된 화상 형성 장치.
  31. 제28항에 있어서, 상기 단일 렌즈는 주 주사 방향과 부 주사 방향 간의 굴절 파워가 서로 다른 화상 형성 장치.
  32. 제18항에 있어서, 상기 회절 광학 소자는 계단형 광학 소자를 포함하는 격자 구조를 갖는 화상 형성 장치.
  33. 제18항에 있어서, 상기 회절 광학 소자는 연속하는 프레넬형 광학 소자를 포함하는 격자 구조를 갖는 화상 형성 장치.
  34. 제24항에 있어서, 다음 조건
    1.0 ≤φL/φB ≤2.6을 만족하고,
    여기서 φB는 상기 제2 광학계내의 회절 광학 소자의 파워이고, φL은 상기 굴절 광학 소자의 파워이며, 상기 단일 렌즈는 주 주사 방향의 렌즈의 양면이 비구형으로 형성된 화상 형성 장치.
  35. 주사 광학 장치에 있어서,
    광원 수단;
    상기 광원 수단으로부터 방출된 광 빔을 편향시키기 위한 편향 수단;
    상기 광원 수단으로부터 방출된 광 빔을 상기 편향 수단으로 향하게 하기 위한 제1 광학계 - 상기 제1 광학계는 제1 회절 광학 소자 및 제1 굴절 광학 소자를 포함함 - 및
    상기 편향 수단에 의해 편향된 광 빔을 피주사면으로 향하게 하기 위한 제2 광학계 - 상기 제2 광학계는 제2 회절 광학 소자 및 제2 굴절 광학 소자를 포함함 - 를 포함하고,
    상기 주사 광학 장치의 환경 변동에 의한 수차 변동은 상기 제1 및/또는 제2 광학계 내의 상기 제1 및/또는 제2 회절 광학 소자의 파워와 상기 제1 및/또는 제2 굴절 광학 소자의 파워 간의 관계에 의해 보정되는 주사 광학 장치.
  36. 제35항에 있어서, 상기 환경 변동은 온도 변동 및 상기 광원 수단의 파장 변동인 주사 광학 장치.
  37. 제35항에 있어서, 상기 광원 수단은 반도체 레이저인 주사 광학 장치.
  38. 제35항에 있어서, 상기 수차 변동은 초점 변동인 주사 광학 장치.
  39. 제35항에 있어서, 상기 제1 광학계는 상기 광원 수단으로부터 방출된 광 빔을 주 주사 방향에서 수렴 광 빔(convergent light beam) 또는 실질적으로 평행한 광 빔으로 변환시키고, 상기 변환된 광 빔을 상기 편향 수단의 편향면 상에 부 주사 방향으로 결상되게 하는 아나모픽 광학계(anamorphic optical system)를 포함하고, 상기 제1 회절 광학 소자가 상기 제1 광학계를 구성하는 광학 소자의 적어도 한 면에 부가되는 주사 광학 장치.
  40. 제35항에 있어서, 상기 제2 광학계는 상기 편향 수단에 의해 편향된 광 빔이 상기 피주사면 상에 스폿형으로 결상되게 하는 아나모픽 광학계를 포함하고, 상기 제2 회절 광학 소자는 상기 제2 광학계를 구성하는 광학 소자의 적어도 한 면에 부가되는 주사 광학 장치.
  41. 제35항에 있어서, 상기 제1 회절 광학 소자 및 상기 제2 회절 광학 소자 중 적어도 하나는 주 주사 방향 및 부 주사 방향중 하나로만 회절 작용을 하는 주사 광학 장치.
  42. 제35항에 있어서, 상기 제1 회절 광학 소자 및 상기 제2 회절 광학 소자 중 하나는 주 주사 방향으로만 회절 작용을 하고, 다른 회절 광학 소자는 부 주사 방향으로만 회절 작용을 하는 주사 광학 장치.
  43. 제35항에 있어서, 상기 제2 광학계는 플라스틱 재질로 형성된 단일 렌즈를 갖는 주사 광학 장치.
  44. 제35항에 있어서, 상기 제1 회절 광학 소자는 상기 제1 광학계를 구성하는 광학 소자의 적어도 한 면에 부가되는 주사 광학 장치.
  45. 제35항에 있어서, 상기 제2 회절 광학 소자는 상기 제2 광학계를 구성하는 광학 소자의 적어도 한 면에 부가되는 주사 광학 장치.
  46. 제35항에 있어서, 상기 제1 광학계 및 상기 제2 광학계는 각각 아나모픽 광학 소자를 갖는 주사 광학 장치.
  47. 제35항에 있어서, 상기 광원 수단은 적어도 2개의 서로 다른 파장 λ1및 λ2의 광 빔을 발진시킬 수 있고, 다음 조건:
    여기서,
    φ1……파장 λ1에서의 제1 또는 제2 회절 광학 소자의 파워
    ΔP0……광원 수단의 파장이 λ1에서 λ2로 변화될 때 전체 주사 광학 장치의 초점 변화량
    ΔP1……광원 수단의 파장이 λ1일 때 제1 또는 제2 회절 광학 소자의 파워가 φ1으로 계산된 경우와 광원 수단의 파장이 λ2일 때 제1 또는 제2 회절 광학 소자의 파워가 φ1·(λ1/λ2)으로 계산된 경우 사이의 초점 위치 차인 주사 광학 장치.
  48. 제35항에 있어서, 상기 광원 수단은 주사 광학 장치의 사용된 온도가 T1에서 T2로 변화될 때 그 파장이 λ1에서 λ2로 변화하는 특성을 갖고, 다음 조건:
    을 만족하고,
    여기서,
    φ1……파장 λ1에서의 상기 제1 또는 제2 회절 광학 소자의 파워
    ΔP0T…주사 광학 장치의 사용된 온도가 T1에서 T2로 변화될 때 전체 주사 광학 장치의 초점 변화량
    ΔP1T…주사 광학 장치의 사용된 온도가 T1이고 광원 수단의 파장이 λ1일 때 제1 또는 제2 회절 광학 소자의 파워가 φ1으로 계산된 경우와 주사 광학 장치의 사용된 온도가 T2이고 광원 수단의 파장이 λ2일 때 제1 또는 제2 회절 광학 소자의 파워가 φ1·(λ1/λ2)으로 계산된 경우 사이의 초점 위치 차인 주사 광학 장치.
  49. 화상 형성 장치에 있어서,
    광원 수단;
    기록 매체;
    상기 광원 수단으로부터 방출된 광 빔을 편향시키는 편향 수단 - 상기 편향 수단은 반사형(reflection type) 임 - ;
    상기 광원 수단으로부터 방출된 광 빔을 상기 편향 수단으로 향하게 하기 위한 제1 광학계 - 상기 제1 광학계는 제1 회절 광학 소자 및 제1 굴절 광학 소자를 포함함 -; 및
    상기 편향 수단에 의해 편향된 광 빔을 상기 기록면의 표면으로 향하게 하기 위한 제2 광학계 - 상기 제2 광학계는 제2 회절 광학 소자 및 제2 굴절 광학 소자를 포함함 -를 포함하고,
    상기 주사 광학 장치의 환경 변동에 의한 수차 변동은 상기 제1 및/또는 제2 광학계 내의 상기 제1 및/또는 제2 회절 광학 소자의 파워와 상기 제1 및/또는 제2 굴절 광학 소자의 파워 간의 관계에 의해 보정되는 화상 형성 장치.
  50. 제49항에 있어서, 상기 환경 변동은 온도 변동 및 상기 광원 수단의 파장 변동인 화상 형성 장치.
  51. 제49항에 있어서, 상기 광원 수단은 반도체 레이저인 화상 형성 장치.
  52. 제49항에 있어서, 상기 수차 변동은 초점 변동인 화상 형성 장치.
  53. 제49항에 있어서, 상기 제1 광학계는 상기 광원 수단으로부터 방출된 광 빔을 주 주사 방향에서 수렴 광 빔 또는 실질적으로 평행한 광 빔으로 변환시키고, 상기 변환된 광 빔을 상기 편향 수단의 편향면 상에 부 주사 방향으로 결상되게 하는 아나모픽 광학계를 포함하고, 상기 제1 회절 광학 소자가 상기 제1 광학계를 구성하는 광학 소자의 적어도 한 면에 부가되는 화상 형성 장치.
  54. 제49항에 있어서, 상기 제2 광학계는 상기 편향 수단에 의해 편향된 광 빔이 피주사면 상에 스폿형으로 결상되게 하는 아나모픽 광학계를 포함하고, 상기 제2 회절 광학 소자는 상기 제2 광학계를 구성하는 광학 소자의 적어도 한 면에 부가되는 화상 형성 장치.
  55. 제49항에 있어서, 상기 제1 회절 광학 소자 및 상기 제2 회절 광학 소자 중 적어도 하나는 주 주사 방향 및 부 주사 방향중 하나로만 회절 작용을 하는 화상 형성 장치.
  56. 제49항에 있어서, 상기 제1 회절 광학 소자 및 상기 제2 회절 광학 소자 중 하나는 주 주사 방향으로만 회절 작용을 하고, 다른 회절 광학 소자는 부 주사 방향으로만 회절 작용을 하는 화상 형성 장치.
  57. 제49항에 있어서, 상기 제2 광학계는 플라스틱으로 형성된 단일 렌즈를 갖는화상 형성 장치.
  58. 제49항에 있어서, 상기 제1 회절 광학 소자는 상기 제1 광학계를 구성하는 광학 소자의 적어도 한 면에 부가되는 화상 형성 장치.
  59. 제49항에 있어서, 상기 제2 회절 광학 소자는 상기 제2 광학계를 구성하는 광학 소자의 적어도 한 면에 부가되는 화상 형성 장치.
  60. 제49항에 있어서, 상기 제1 광학계 및 상기 제2 광학계는 각각 아나모픽 광학 소자를 갖는 화상 형성 장치.
  61. 제49항에 있어서, 상기 광원 수단은 적어도 2개의 서로 다른 파장 λ1및 λ2의 광 빔을 발진시킬 수 있고, 다음 조건:
    여기서
    φ1……파장 λ1에서의 제1 또는 제2 회절 광학 소자의 파워
    ΔP0……광원 수단의 파장이 λ1에서 λ2로 변화될 때 전체 주사 광학 장치의 초점 변화량
    ΔP1……광원 수단의 파장이 λ1일 때 제1 또는 제2 회절 광학 소자의 파워가 φ1으로 계산된 경우와 광원 수단의 파장이 λ2일 때 제1 또는 제2 회절 광학 소자의 파워가 φ1·(λ1/λ2)으로 계산된 경우 사이의 초점 위치 차인 화상 형성 장치.
  62. 제49항에 있어서, 상기 광원 수단은 화상 형성 장치의 사용된 온도가 T1에서 T2로 변화될 때 그 파장이 λ1에서 λ2로 변화하는 특성을 갖고, 다음 조건:
    을 만족하고,
    여기서,
    φ1……파장 λ1에서의 상기 제1 또는 제2 회절 광학 소자의 파워
    ΔP0T…화상 형성 장치의 사용된 온도가 T1에서 T2로 변화될 때 전체 주사 광학 장치의 초점 변화량
    ΔP1T…화상 형성 장치의 사용된 온도가 T1이고 광원 수단의 파장이 λ1일 때 제1 또는 제2 회절 광학 소자의 파워가 φ1으로 계산된 경우와 화상 형성 장치의 사용된 온도가 T2이고 광원 수단의 파장이 λ2일 때 제1 또는 제2 회절 광학 소자의 파워가 φ1·(λ1/λ2)으로 계산된 경우 사이의 초점 위치 차인 화상 형성 장치.
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