KR100385066B1

KR100385066B1 - 레이저 스캐닝 유니트

Info

Publication number: KR100385066B1
Application number: KR10-2001-0063694A
Authority: KR
Inventors: 유재환
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2001-10-16
Filing date: 2001-10-16
Publication date: 2003-05-23
Anticipated expiration: 2021-10-16
Also published as: US20030071125A1; US7195163B2; JP2003127463A; KR20030031804A

Abstract

감광매체로 광을 주사하여 화상신호에 대응되는 정전잠상을 형성하는 레이저 스캐닝 유니트에 있어서, 소정 길이를 가지는 긴 원통형상을 가지며, 광을 방출하는 광원과; 광원 주위를 감싸도록 설치되며, 그 광원에서 방출되는 광을 소정 방향으로 집속하는 반사부재와; 반사부재에 의해 집속된 광을 감광매체 쪽으로 반사시키는 마이크로미러 어레이와; 마이크로미러 어레이를 화상신호에 대응하여 구동시키는 구동제어부와; 마이크로렌즈 어레이와 감광매체 사이의 광경로 사이에 설치되며, 마이크로 어레이에서 반사된 광을 감광매체 표면으로 결상시키는 마이크로렌즈 어레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 유니트가 개시된다.

Description

레이저 스캐닝 유니트{Laser scanning unit}

본 발명은 레이저 스캐닝 유니트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 프린터의 고속화 및 소형화를 가능하도록 하는 레이저 스캐닝 유니트에 관한 것이다.

일반적으로, 레이저 프린터는 비디오신호에 의해 레이저 다이오드로부터 방출되는 레이저광을 감광드럼에 결상시키고, 감광드럼에 형성되는 잠상을 종이 등의 인쇄매체에 전사함으로써 화상이미지를 재현하는 장치이다. 이러한 레이저 프린터는 레이저광을 발생시켜 그 빔을 감광드럼상에 결상시키는 스캐닝 유니트가 구비된다.

도 1은 종래의 레이저 스캐닝 유니트를 도시한 개략적인 구성도이다. 도 1을 참조하면, 레이저 스캐닝 유니트는, 광원으로서 레이저광을 출사시키는 레이저 다이오드(10)와, 상기 레이저 다이오드(10)에서 출사되는 레이저광을 광축에 대해 평행광으로 만들어주는 콜리메이터렌즈(11)와, 콜리메이터렌즈(11)를 통한 평행광을 부주사 방향(B)에 대해 수평방향의 선형광으로 만들어 주는 실린더렌즈(12)와, 실린더렌즈(12)를 통한 수평방향의 선형광을 등선속으로 이동시켜 스캐닝하는 폴리곤미러(13)와, 폴리곤미러(13)를 등속도로 회전시키는 폴로곤미러 구동용 모터(14)와, 광축에 대해 일정한 굴절율을 가지며 폴리곤미러(13)에서 반사된 등속도의 광을 주 스캐닝방향(A)으로 편광시키고 수차를 보정하여 스캐닝면상에 초점을 맞추는 에프세타(fθ)렌즈(15)와, 에프세타렌즈(15)를 통한 레이저광을 소정의 방향으로 반사시켜 결상면인 감광드럼(20)의 표면에 잠상으로 결상시키는 결상용 반사미러(16)와, 에프세타렌즈(15)를 통한 레이저광을 수평방향으로 반사키켜주는 수평동기 미러(17)와, 수평동기미러(17)에서 반사된 레이저광을 수광하여 동기를 맞추어 주기 위한 광센서(18)로 구성된다.

상기 구성을 가지는 종래의 레이저 스캐닝 유니트는, 화상에 대응하는 비디오 신호에 따라 레이저다이오드(10)가 발광하며, 레이저광은 콜리메이터렌즈(11)에 의해 평행광으로 변환된다. 이 평행광은 실린더렌즈(12)에 의해 부주사 평면에서 폴리곤미러(13) 면에 결상된다. 이 때, 주주사평면의 광특성은 동일하게 유지된다. 여기서, 주주사평면이라 함은 폴리곤미러(13)의 회전축(X)에 수직한 평면을 의미하며, 부주사평면은 주주사평면에 수직한 평면을 의미한다. 폴리곤미러(13)에서 반사된 레이저광은 에프세타렌즈(15)를 통과하며, 주주사평면 및 부주사평면에서 소정의 형태를 이루고, 감광드럼(20)상에서 결상되어 화상에 대응하는 잠상의 이미지를 형성시킨다.

다음으로 주주사평면상에서 한 라인의 이미지를 형성하는 과정은 다음과 같다. 즉, 콜리메이터렌즈(11) 및 실린더렌즈(12)를 통과하여 폴리곤미러(13)에 도달한 레이저광은 폴리곤미러(13)에서 반사되어 에프세타렌즈(15)로 입사한다. 이 때폴리곤미러(13)의 면각도에 따라 소정의 각을 이루어 감광드럼(20)으로 입사한다. 즉, 폴리곤미러(13)는 구동용 모터(14)에 부착되어 소정 속도로 회전하면서, 입사되는 레이저광의 각도를 변화시켜 감광드럼(20)에 입사시킨다. 따라서, 레이저 광은 주주사평면상에서 감광드럼(20)상에 라인의 형태로 결상된다. 또한, 부주사방향(B)의 이미지는 감광드럼(20)이 회전하여 주주사방향(A)의 라인이미지를 일정간격으로 배치하여 형성시킨다. 이때, 각 라인화상은 소정의 위치에서 수평동기미러(17)에서 반사된 레이저광을 광센서(18)로 인식하여 수평동기를 맞추어 시작위치를 일정하게 함으로써 양호한 화상이 형성되도록 한다.

그런데, 상기와 같은 구성을 가지는 종래의 레이저 스캐닝유니트는, 양질의화상을 얻기위해 에프세타렌즈(15)의 형상이 복잡해지므로, 소형화하는데 한계가 있다.

또한, 고속으로 프린트하기 위해서는 구동용 모터(14)의 회전속도를 증가시켜야 하므로 소음이 증가하고, 제작비가 상승하는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 간단한 구성을 가지며 고속 및 고화질의 프린트작업기 가능한 레이저 스캐닝 유니트를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 레이저 스캐닝 유니트를 나타내 보인 개략적인 사시도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 스캐닝 유니트를 나타내 보인 개략적인 사시도.

도 3은 도 2에 도시된 마이크로미러 어레이의 마이크로미러 유니트를 나타내 보인 도면.

도 4a는 마이크로미러 유니트가 오프상태일 때를 설명하기 위한 도면.

도 4b는 마이크로미러 유니트가 온 상태일 때를 설명하기 위한 도면.

도 5a는 감광드럼에 형성되는 한 라인의 잠상을 나타내 보인 도면.

도 5b는 도 5a에 도시된 한 라인의 잠상을 형성하기 위한 스캐닝 유니트의 동작상태를 설명하기 위한 도면.

도 6a는 감광드럼에 형성되는 바둑무늬 형상의 잠상을 나타내 보인 도면.

도 6b는 도 6a에 도시된 잠상의 두 번째 라인의 잠상을 형성하기 위한 스캐닝 유니트의 동작상태를 나타내 보인 도면.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 스캐닝 유니트를 나타내 보인 개략적인 도면.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

20..감광드럼 30..광원

31..반사부재 40..마이크로미러 어레이

41..마이크로미러 유니트 50..마이크로렌즈 어레이

60..구동제어부 70..차단부재

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 스캐닝 유니트는, 감광매체로 광을 주사하여 화상신호에 대응되는 정전잠상을 형성하는 레이저 스캐닝 유니트에 있어서, 소정 길이를 가지는 긴 원통형상을 가지며, 광을 방출하는 광원과; 상기 광원 주위를 감싸도록 설치되며, 그 광원에서 방출되는 광을 소정 방향으로 집속하는 반사부재와; 상기 반사부재에 의해 집속된 광을 상기 감광매체 쪽으로 반사시키는 마이크로미러 어레이와; 상기 마이크로미러 어레이를 상기 화상신호에 대응하여 구동시키는 구동제어부와; 상기 마이크로렌즈 어레이와 상기 감광매체 사이의 광경로 사이에 설치되며, 상기 마이크로 어레이에서 반사된 광을 상기 감광매체 표면으로 결상시키는 마이크로렌즈 어레이;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 마이크로렌즈 어레이를 경유하지 않고 상기 감광매체로 향하는 불필요한 광을 차단하도록 상기 감광매체 외측에 설치되는 차단부재를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 광원은 감광매체에 형성되는 화상의 인쇄폭 이상의 길이를 갖는 것이 좋다.

또한, 상기 광원은 형광등 또는 할로겐등인 것이 좋다.

또한, 상기 마이크로미러 어레이는 해상도에 정의된 수의 마이크로미러로 이루어진 것이 좋다.

또한, 상기 마이크로렌즈 어레이는 해상도에 정의된 수의 마이크로렌즈로 이루어진 것이 좋다.

또한, 상기 구동수단은 상기 마이크로미러 어레이를 모두 동시에 또는 소정 블록단위로 구동시키는 것이 좋다.

또한, 상기 마이크로미러 어레이와 상기 마이크로렌즈 어레이는 각각 2열 이상으로 설치되어, 복수열을 동시에 인쇄가능하도록 하는 것이 좋다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 레이저 스캐닝 유니트를 자세히 설명하기로 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 스캐닝 유니트는, 광을 방출하는 광원(30)과, 상기 광원(30)에서 방출되는 광을 소정 방향으로 집속하는 반사부재(31)와, 상기 반사부재(31)에 의해 집속된 광을 감광매체인 감광드럼(20) 쪽으로 반사시키는 마이크로미러 어레이(40)와, 상기 마이크로미러 어레이(40)를 구동시키는 구동제어부(50)와, 상기 마이크로미러 어레이(40)에서 반사된 광을 상기 감광드럼(20)에 결상시키는 마이크로렌즈 어레이(60)를 구비한다.

상기 광원(30)은 소정 길이를 가지며, 원통형상을 갖는다. 이러한 광원은 형광등 또는 할로겐등인 것이 바람직하다. 여기서, 바람직하게는 광원(30)은 감광드럼(20)에 형성되는 화상의 인쇄폭 이상의 길이를 갖는다. 즉, 광원(30)은 적어도 감광드럼(20)의 길이와 같거나 그 이상인 것이 좋다.

상기 반사부재(31)는 상기 광원(30)의 일부를 감싸도록 설치된다. 이 반사부재(31)는 반원통형상을 가지며, 광원(30)보다 길게 형성된다. 따라서, 반사부재(31)는 광원(30)에서 방출된 광을 소정 방향 즉, 상기 마이크로미러 어레이(40) 쪽으로 집속시킨다.

상기 마이크로미러 어레이(40)는 광원(30)과 나란한 방향 즉, 광의 주주사방향(A)에 나란한 방향으로 배치되며, 반사부재(31)에 의해 집속된 광을 감광드럼(20)으로 반사시킨다. 이러한 마이크로미러 어레이(40)는 프린터의 해상도에 정의된 수의 마이크로미러오 이루어진 것이 바람직하다. 예를 들어, A4용지에 1인치당 600 도트(dot)를 인쇄하는 경우, 4,960개(=210/25.4×600)의 마이크로미러가 한 어레이를 이루게 된다. 이와 같이 복수개의 마이크로미러들(41)은 상기 구동제어부(60)에 의해 독립적으로 구동제어되거나, 몇 개의 블록단위로 구동되거나 또는 한꺼번에 구동제어된다.

도 3은 마이크로미러 어레이(40)를 구성하는 단일의 마이크로미러 유니트(41)를 나타내 보인 사시도이다. 도면을 참조하면, 마이크로미러 유니트(41)는 광을 반사시키는 마이크로미러부(41a)와, 마미크로미러부(41a)를 소정 각도 회전가능하게 지지하는 힌지부(41b)와, 마이크로미러부(41a)를 지지하도록 힌지부(41b)가 연결되는 지지부(41c)와, 비디오 신호에 따라 정전압을 발생시키는 전극부(41d)를 포함하며, 이러한 각 구성들인 실리콘기판(41e) 상에 집적된다. 상기 구성에서, 상기 구동제어부(60)로 입력된 화상 신호에 따라 마이크로미러 유니트(41)가 온 상태로 지정된다. 그러면, 마이크로미러부(41a)와 전극부(41d) 사이에 전위차가 발생되며, 이 전위차에 의해 마이크로미러부(41a)는 정전기력을 받아 힌지부(41b)를 축으로 하여 소정 각도로 회전된다. 이와 같은 동작은 소정 노광시간동안 이루어지며, 노광시간이 경과하면 신호는 오프상태로 변환되어 마이크로미러부(41a)는 평행위치로 복귀된다.

상기 마이크로렌즈 어레이(50)는 마이크로미러 어레이(40)와 감광드럼(20) 사이의 광경로 상에 설치되며, 마이크로렌즈 어레이(40)에서 반사된 광을 감광드럼(20) 표면으로 결상시킨다. 이 마이크로렌즈 어레이(50)도 마이크로미러어레이(50)와 마찬가지로 해상도에 정의된 수의 마이크로렌즈로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 바람직하게는 마이크로렌즈 어레이(40)를 경유하지 않고 감광드럼(20)으로 향하는 불필요한 광을 차단하기 위한 차단부재(70)가 더 구비되는 것이 좋다. 상기 차단부재(70)는 감광드럼(20)과 마이크로렌즈 어레이(40) 사이에 설치되며, 바람직하게는 감광드럼(20)의 외측을 감싸도록 설치된다.

상기 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 스캐닝 유니트의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저 도 3을 참조하면, 광원(30)은 미도시된 전원공급부로부터 전원을 인가받아 발광한다. 광원(30)에 방출된 광은 직접 또는 간접적으로 반사부재(31)에 의해 반사된 후 마이크로미러 어레이(40)로 입사된다. 마이크로미러 어레이(40)는 입사된 광을 감광드럼(20) 쪽으로 반사시킨다. 반사된 광은 마이크로렌즈 어레이(50)에 의해 감광드럼(20) 표면에 결상된다.

한편, 상기 과정에서 감광드럼에 주주사방향으로 한 라인의 화상잠상을 형성하는 과정은 다음과 같다. 먼저 규정된 화상신호에 의해 광원은 발광상태가 지속되며, 마이크로미러 어레이(40) 내의 마이크로미러 유니트(41)는 한 라인을 구성하는각 화소의 화상신호에 따라 구동제어부(60)의 제어신호에 의해 각각 독립적으로 온/오프 상태를 유지한다. 여기서, 오프 상태에서는 도 4a에 도시된 바와 같이, 마이크로미러 유니트(41) 내의 마이크로미러부(41a)가 평형상태를 유지하여 광원(30)에서 방출된 광이 마이크로렌즈 어레이(50) 및 감광드럼(20)으로 입사하지 않는다.이 경우, 마이크로미러 어레이(40)에서 반사된 광은 차단부재(70)에 의해 차단되어 감광드럼(20)으로 입사되지 않게 된다. 또한, 마이크로미러 유니트(41)의 온 상태는, 도 4b에 도시된 바와 같이, 마이크로유니트(41) 내의 마이크로미러부(41a)가 회전된 상태를 유지하여 광원(30)에서 방출된 광이 마이크로미러부(41a)에서 반사된 뒤, 마이크로렌즈 어레이(50)를 통과하여 감광드럼(20) 표면에 결상되는 상태이다.

여기서, 마이크로미러 어레이(40) 내의 마이크로미러부(41a)는 한 라인의 화상신호에 의해 동시에 또는 정의된 블록단위로 온 또는 오프상태를 유지하여 감광드럼(20)에 한 라인의 화상신호에 의해 동시에 또는 블록단위로 형성된다. 이 때, 블록단위로 화상의 잠상이 형성되는 경우는 소정의 한 라인 인쇄시간 내에 모든 블록의 잠상이 형성되는 것은 물론이다. 예를 들어, 도 5a에 도시된 바와 같은 한 라인의 잠상(L1)을 형성하고자 할 경우에는, 도 5b에 도시된 바와 같이, 구동제어부(60)에서는 각 마이크로미러 유니트(41)를 교번되게 온/오프 구동시켜 유지시킨다. 그러면, 형성되는 잠상은 도 5b와 같이, 빗금친부분과 같이 노광된 부분과 그렇지 않은 부분을 가지는 잠상이 형성된다. 따라서, 빗금친부분은 인쇄되고, 그렇지 않은 부분은 인쇄되지 않게 되어 원하는 한 라인의 화상을 얻을 수 있다.

다음으로, 부주사 방향, 즉 화상의 세로방향의 잠상이 형성되는 과정은 다음과 같다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 주주사방향의 한 라인의 잠상(L1)의 형성이 완료되면, 감광드럼(20)은 소정 속도로 회전된다. 감광드럼(20)은 그 표면이 해상도에 정의된 간격만큼 회전하면, 이전 라인(L1)과 마찬가지로 마이크로미러 어레이(40) 내의 마이크로미러 유니트(41)가 각 화상신호에 대응하여 온/오프 상태를 유지한다. 이 때, 원하는 잠상의 형상이 도 6a에 도시된 바와 같이 바둑판 모양일 경우에, 두 번째 한 라인의 잠상(L2)은 도 5b의 상태에서, 온/오프 상태로 구동되던 마이크로미러 유니트(41)의 상태를 서로 바꾸어주면 된다. 즉, 6b에 도시된 바와 같이, 도면에서 최 좌측에 마련된 마이크로미러 유니트(41)가 오프 상태로 유지된 반면에, 도 5b의 도면에서는 최 좌측의 마이크로미러 유니트(41)가 온 상태로 유지되고 있게 된다. 이와 같이, 감광드럼(20)이 소정속도로 회전되면서 그 감광드럼(20)에 개별적인 라인의 잠상(L1)(L2)이 반복적으로 형성시킴으로써, 부주사방향으로의 화상이 형성된다. 그리고, 상기 주주사방향과 부주사방향으로의 잠상형성을 규정된 인쇄동작이 완료될 때까지 반복됨으로써 원하는 화상을 얻을 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 광원은 감광드럼(20)의 감도에 맞게 특정 파장을 방출하는 것이 가능하다.

또한, 상기 구성을 지는 레이저 스캐닝 유니트는, 길이가 긴 광원(30)으로부터 방출되는 광을 마이크로미러 어레이(40)와 마이크로렌즈 어레이(50)를 이용하여 감광드럼(20)으로 입사시키도록 된 구성을 가짐으로써, 종래에 비해 구성이 간단하여 소형화가 가능하다. 또한, 종래의 구동용모터와 같은 소음원을 배제시킬 수 있기 때문에, 고품격의 제품을 실현할 수 있게 된다.

한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 마이크로미러 어레이(40)와 마이크로렌즈 어레이(50)를 복수열로 설치한 레이저 스캐닝 유니트의 구현도 가능하다. 이 경우,복수의 열로 배치된 마이크로렌즈 어레이(40)는 동시에 독립적으로 온/오프 제어되면서, 감광드럼(20)으로 광을 반사하게 된다. 따라서, 감광드럼(20)에는 동시에 2라인의 잠상이 형성될 수 있다. 따라서, 이 경우, 인쇄속도를 증가시킬 수 있다는 이점이 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 레이저 스캐닝 유니트에 따르면, 마이크로미러 어레이를 이용하여 한 라인의 잠상을 동시에 또는 블록단위로 동작하므로 한 라인의 인쇄속도를 빠르게 할 수 있는 이점이 있다.

또한, 스캐닝을 위한 폴리곤미러 구동용모터 등의 구동이 없으므로 소음을 줄일 수 있고, 폴리곤미러의 면기울기에 의해 발생하는 주사위치의 편차를 없앨 수 있으므로 매우 양호한 화질을 얻는 것이 가능하다.

또한, 에프세타렌즈를 이용하는 스캐닝 유니트에 비해 렌즈의 사출 또는 가동편차를 최소화할 수 특성을 지닌 마이크로렌즈 어레이를 사용함으로써 스캐닝 유니트의 특성을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 본 명의 레이더 스캐닝 유니트는 인쇄시 화상의 인쇄시작위치를 일치시키기 위한 동기검출수단이 불필요하게 되므로 재료비를 절감하고, 보다 양질의 화상을 얻는 것이 가능하게 된다.

Claims

감광매체로 광을 주사하여 화상신호에 대응되는 정전잠상을 형성하는 레이저스캐닝 유니트에 있어서,

소정 길이를 가지는 긴 원통형상을 가지며, 광을 방출하는 광원과;

상기 광원 주위를 감싸도록 설치되며, 그 광원에서 방출되는 광을 소정 방향으로 집속하는 반사부재와;

상기 반사부재에 의해 집속된 광을 상기 감광매체 쪽으로 반사시키는 마이크로미러 어레이와;

상기 마이크로미러 어레이를 상기 화상신호에 대응하여 구동시키는 구동제어부와;

상기 마이크로렌즈 어레이와 상기 감광매체 사이의 광경로 사이에 설치되며, 상기 마이크로 어레이에서 반사된 광을 상기 감광매체 표면으로 결상시키는 마이크로렌즈 어레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 유니트.
제1항에 있어서,

상기 마이크로렌즈 어레이를 경유하지 않고 상기 감광매체로 향하는 불필요한 광을 차단하도록 상기 감광매체 외측에 설치되는 차단부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 유니트.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광원은 감광매체에 형성되는 화상의 인쇄폭 이상의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 유니트.
제2항에 있어서, 상기 광원은 형광등인 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 유니트.
제2항에 있어서, 상기 광원은 할로겐등인 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 유니트.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 마이크로미러 어레이는 해상도에 정의된 수의 마이크로미러로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 유니트.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 마이크로렌즈 어레이는 해상도에 정의된 수의 마이크로렌즈로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 유니트.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 구동수단은 상기 마이크로미러 어레이를 모두 동시에 또는 소정 블록단위로 구동시키는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 유니트.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 마이크로미러 어레이와 상기 마이크로렌즈 어레이는 각각 2열 이상으로설치되어, 복수열을 동시에 인쇄가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 유니트.