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KR0149036B1 - 프린터용 방사 소스 - Google Patents

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KR0149036B1
KR0149036B1 KR1019920701577A KR920701577A KR0149036B1 KR 0149036 B1 KR0149036 B1 KR 0149036B1 KR 1019920701577 A KR1019920701577 A KR 1019920701577A KR 920701577 A KR920701577 A KR 920701577A KR 0149036 B1 KR0149036 B1 KR 0149036B1
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KR
South Korea
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optical system
laser diode
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radiation
telecentric
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KR1019920701577A
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Inventor
피이.클락 피터
런도노 카미나
Original Assignee
로버트 마틴 포드
폴라로이드 코오포레이션
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Publication date
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Publication of KR920704172A publication Critical patent/KR920704172A/ko
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Abstract

프린터용 레이저 복사 소스는 하나 이상의 레이저 다이오드 어레이와 기록 매체상의 레이저 다이오드 어레이로부터 근계 분포를 영사하는 하나 이상의 방위각에서 텔레센트릭 되는 광학 시스템을 포함한다.

Description

[발명의 명칭]
프린터용 방사 소스
[발명의 배경]
[발명의 분야]
본 발명은 방사 소스 (radiation source)를 제공하는 방법(들) 및 장치에 관한 것으로, 특히 디지털 프린팅에 사용되는 방사 소스를 제공하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
[종래 기술의 설명]
반도체 레이저와 레이저 다이오드는 특히 광학통신과 콤팩트 오디오 디스크와 같은 적용에 근 십년간 대중적으로 사용되어왔다. 레이저 다이오드는 그들의 소규모와, 고 효율 및 현저한 내구성으로 인해 상기 적용에 효과적으로 사용된다. 그렇다 하더라도 레이저 다이오드의 더욱 폭넓은 사용은 그들의 낮은 파워 출력 (일반적으로 수 밀리와트) 과, 공간 효율성의 불량, 그리고 비교적 소수의 출력 파장에 의해 제한되어왔다. 결과적으로, 그들의 사용은 주로 가용출력 파장 중 한 파장에서 높은 세기 (intensity) 와 균일한 소수가 요구되지 않는 적용에 제한되어왔다.
출력 파장이 매체의 스펙트럼 강도와 조화되고 가용전력이 노출조건에 충분한 프린팅 및 복사기 적용에 있어서, 레이저 다이오드는 고속으로 직접 조정 (modulating) 될 수 있기 때문에 사용에 유리하다. 그러나, 상기 다이오드의 사용은 주로 고감도 매체에 좋다.
결과적으로, 임계 물리 현상 (threshold physical phenomenon) 에 따라 방사에 민감하거나 열에 민감한 기록 매체 상에 프린트하는 레이저 프린터 또는 복사기는 전형적으로 프린팅 방사와 고전력원을 요구한다. 예를 들어, 전형적인 기록 매체에 있어서, 기록 매체의 임계 여자 (threshold excitation) 로부터 그의 파괴에 대한 세기의 비가 1 : 3 이 된다. 결과적으로, 프린팅 방사는 평활하고 균일한 세기를 갖는 점 (spot) 으로써 기록매체 상에 포커싱 되도록 요구되며, 평활하고 균일한 세기는 골 (valley) 에 대한 피이크의 세기의 비가, 공학적인 허용오차 내에서, 기록매체의 연소 (burn-off) 비에 대한 임계치보다 더 작다는 것을 의미한다.
프린터에서 열적으로 민감한 기록 매체의 사용은 프린팅 방사를 제공하기 위해 단일 레이저 다이오드의 사용을 금지하는데 그 이유는 단일 레이저 다이오드가 전형적으로 20 ㎽ 내지 50 ㎽ 사이의 범위에서 전력을 출력하고 상기 전력량은 전형적인 기록 매체의 적당한 활성화를 제공하기 불충분하기 때문이다. 따라서, 전형적인 레이저 프린터는 프린팅을 위해 적당한 방사 전력량을 제공하는 다수의 레이저 다이오드로 이루어진 어레이 (array)를 이용해야 한다. 예를 들어, 전형적인 레이저 프린터의 적용은 동일한 반도체 칩상에 제작된 10 개나 되는 레이저 다이오드로 구성된 어레이를 이용한다. 사실, 종래 기술의 개시에서는 제1도에 도시되어진 바와 같이 선형으로 구성된 10 개의 레이저 다이오드를 포함하는 레이저 다이오드 어레이 용으로 500 ㎽ 전력이 얻어졌다는 것이 보고되어 있다. 제1도의 배치에 있어서, 근계 (near field) 분포, 즉 레이저 다이오드 어레이로부터 한 파장 또는 그 정도 내의 출력 공간의 세기 분포는 제2도에 도시된 빗형태가 된다. 제2도는 미합중국 특허 제 4,744,616 호의 제 4a 도이다. 더욱이, 원계 (far field) 분포는, 즉 레이저 다이오드 어레이로부터 몇 개의 파장 거리에서 형성하기 시작하지만 무한히 떨어진 공간에서 측정된 출력의 공간 세기 분포로써 정의되는데 미합중국 특허 제 4,791,651 호의 제7도에 해당하는 본원의 제3도에 도시된 이중 돌출부와 같은 형태가 된다. 비록 원계 분포가 여러 프린팅 적용에 있어서 노출 조건을 이행하는데 충분한 전력을 포함한다 할지라도, 에너지가 제3도에 도시된 이중 돌출부에 실질적으로 집중되기 때문에 색조 (tone) 제어를 위하여 실질적으로 균일한 방사 노출을 요구하는 기록 매체에 프린팅 빔을 제공하는 것이 실질적으로 소용없게 된다.
제3도에 도시된 원계 분포는 개개의 레이저 다이오드 어레이의 각 레이저 다이오드 정합으로부터의 출력이 오프 (off) 축에서 약간 부가되고 온 (on) 축에서 감소하는 간섭현상에 의해 생성된다. 이것은 레이저 다이오드 도파관 사이에 십자 (cross) 결합으로 인해 생성되는데, 만일 이것이 상기 어레이의 작동을 좌우한다면, 인접한 레이저 다이오드 정합부가 180˚ 위상차로 방출되게 한다. 이러한 간섭현상으로 인해 이러한 레이저 다이오드어레이는 위상화 (phased) 레이저 다이오드 어레이로써 간주된다.
종래 기술에서 제3도에 도시되어진 원계 분포에서 이중 돌출부를 제거하고, 보다 균일한 공간의 세기 패턴을 구성하기 위한 여러 방법이 제안되어 왔다. 특히, 이러한 방법은 레이저 다이오드 어레이를 비간섭적 (incoherent) 또는 랜덤한 위상으로, 즉 인접한 레이저 다이오드 정합사이에 명확하고 규칙적인 위상관계가 없도록 만드는 것이 건의 되어왔다. 레이저 다이오드 어레이가 비간섭적으로 구성되었을 때, 원계분포는 제3도와 같은 이중돌출 분포가 아니라 가우스 분포 또는 이에 비슷한 분포가 된다. 가우스 분포는 실질적으로 균일한 세기이거나 충분히 균일한 세기인 정관 (top hat) 또는 정방형 분포로 광학적으로 변환될 수 있기 때문에, 수많은 영역의 프린팅 적용에서 기록 매체의 균일성과 세기 요건 모두를 만족시키게 되므로 상기 사실은 유리하다.
상술된 것에도 불구하고, 정관 원계 분포를 제공하기 위해 필요한 여분의 전자 및 광학 장치는 복사소스의 복잡성과 비용을 증가시킨다. 따라서, 정관 원계 분포를 제공함이 없이 레이저 다이오드 어레이를 사용하는 방사 소스가 필요하다.
[발명의 개요]
본 발명의 실시예들은 위에서 언급된 필요를 만족시키며 기록 매체, 예를 들어 디지털 반조 (半調 : halftone) 프린터의 프린팅에 사용되는 방사소스를 제공한다. 특히, 본 발명의 소스의 실시예는 레이저 다이오드 어레이와 레이저 다이오드 어레이로부터 근계 분포를 매체 상에 이미징하기 위한 하나 이상의 방위각으로 텔레센트릭 (telecentric) 되는 광학 시스템을 포함한다.
본 발명의 실시예는 임계 이진 기록 매체, 즉 두 가지 상태를 가지며 비노출 상태에서 완전 노출상태로, 예를 들어 화이트에서 블랙으로 또는 그 반대로 바뀌기 전에 최소 임계 노출을 요구하는 기록 매체에 유리하게 사용된다. 그러한 기록 매체에 의해, 디지털 반조 재생은 상기 매체 상에 레이저 다이오드 어레이의 근계 분포를 이미징하여 이미지에 대한 에너지 밀도가 매체의 최소 임계 노출을 초과하도록 함으로써 성취될 수 있다. 본 발명에 따라, 소정의 공차 내에서 안정한 근계 분포를 갖는 레이저 다이오드 어레이가 사용되어 근계 분포의 피이크와 골 (vally) 은 서로 충분히 좁은 간격으로 떨어져 있어서, 매체를 노출하기 위하여, 근계 분포는 거의 균일한 직사각형 소스로 간주될 수 있음을 알 수 있다. 이것은 근계 분포가 매체를 균일하게 노출하도록 보장하는 것으로, 즉 근계분포의 피이크와 골이 어레이 이미지의 어떤 부분에서는 매체를 노출시키고 다른 부분에서는 노출되지 않게 하는 것을 방지한다.
본 발명에 따르면, 텔레센트릭 광학 시스템은 레이저 다이오드 어레이의 원계 분포의 이미지로부터 레이저 다이오드 어레이의 근계 분포의 이미지를 분리한다. 실제로 텔레센트릭 광학 시스템을 사용하지 않는다면, 수 밀리 미터의 초점 흐림 에러가 기록 매체 상에 원계 분포의 선명하게 초점이 맞추어진 이미지를 생성할 수도 있기 때문에 이점은 중요하다. 결과적으로, 그와 같은 초점의 흐림은, 제3도에 도시된 것과 상술된 바와 같이, 원계 분포에서 피이크와 극소점 (minima)에서 세기간의 차이가 너무 커서 기록매체가 피이크에서 노출되고 극소점에서 노출되지 않기 때문에 노출 문제를 야기하게 된다. 더욱이, 본 발명에 따르면, 텔레센트릭 광학 시스템은 레이저 다이오드 어레이의 근계 분포의 기록 매체상의 이미지 크기가 최적 초점의 평면으로부터 어느 정도 이탈되어도 비교적 민감하지 않도록 하는 이점을 준다.
[도면의 간단한 설명]
본 발명의 다른 특성, 목적 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 기술될 것이다.
제1도는 종래 기술에 개시된 레이저 다이오드 어레이의 형태를 도시한 도면.
제2도는 레이저 다이오드 어레이의 근계 (near field) 분포의 형태를 도시한 도면.
제3도는 레이저 다이오드 어레이의 원계 (far field) 분포의 형태를 도시한 도면.
제4도는 본 발명의 실시예의 투시도.
제5도는 제4도의 레이저 다이오드 어레이에 의해 생성된 레이저 방사가 레이저 방사빔을 반조 프린팅에 제공하도록 결합되는 형태를 도시한 도면.
제6도는 제5도에 도시된 돗트 (390)를 형성하는 광학 시스템의 개략 투시도.
제7도는 제6도에 도시된 광학 시스템용 대물렌즈와 시준렌즈의 단면도.
제8a도는 제5도에 도시된 돗트 (391)를 형성하는 광학 시스템의 조명부의 단면도.
제8b도는 제4도에 도시된 돗트 (393)를 형성하는 광학 시스템의 조명부의 단면도.
제9도는 제5도에 되된 돗트 (391)를 형성하는 광학 시스템의 조명부에 사용되는 분광 쐐기쌍 (prismatic wedge pair) 의 측면도.
제10도는 제5도에 도시된 돗트 (393)를 형성하는 광학 시스템의 조명부에 사용되는 분광 쐐기 (prismatic wedge)의 측면도.
[발명의 상세한 설명]
제4도는 본 발명에 따라 제작된 광학 시스템 (10) 의 투시도이다. 분리된 레이저 다이오드 어레이 (300-330) 로부터 근계 분포는 각기 조명기 (400-430) 에 의해 영사된다. 제5도에 도시되어진 바와 같이, 방사 빔 (340, 360 및 370) 은 레이저 다이오드 어레이 (300, 320 및 330) 로부터 각각 출력된다. 빔 (340, 360 및 370) 은 거울 (380) 의 면 (345, 365 및 375) 상으로 각각 영사되고, 레이저 다이오드 어레이 (310)로 부터의 방사 빔 (350)은 거울 (380) 내 중심 갭을 직접 관통한다. 결과적으로, 제5도에 도시되어진 바와 같이, 빔 (340-370) 은 서로 나란히 이동되고, 궁극적으로 광학 시스템 (10) 의 나머지 부분을 관통함으로써 회전 드럼 상에 장착된 열적으로 민감한 이진 기록 매체 (470) 상에 반조 이미지를 제공하기 위하여, 선면하게 초점이 맞춰진 돗트 (390- 393) 의 패턴을 형성한다. 레이저 다이오드 어레이 (300-330) 로부터의 방사가 또한 프리즘, 회절격자, 벽개 결정 (cleaved crystal) 에 의해 결합될 수 있다는 것은 당 기술 분야의 당업자들에게는 자명할 것이다.
제4도에 도시된 본 발명의 실시예에 따라, 레이저 다이오드 어레이 (300, 320) 각각의 광학 시스템은 조명기, 즉 각각의 조명기 (400, 420) 와, 왜상 (歪像 : anamorphic) 모듈 (540) 및 대물 렌즈 시스템 (550) (제6도 참조) 을 구비한다. 이하에서 보다 상세히 기술되겠지만, 왜상 모듈 (540) 은 빔에 형상과 시준 (collimation)을 제공한다. 이하에서 보다 상세히 설명되겠지만, 대물 렌즈 시스템 (550) 은 기록 매체 (470) 상에 다시 균형을 잡은 이미지의 최종 이미지를 형성한다 (레이저 다이오드 어레이 (310, 330) 용 광학 시스템은 이하에서 보다 상세히 언급될 것이다.) 본 발명에 따른, 각 레이저 다이오드 어레이 (300-330) 용 광학 시스템은 하나 이상의 한 방위각으로 텔레센트릭되어, 결과적으로 그로부터 주된 광선 출력은 하나 이상의 방위각에서 그의 광선 축에 나란하게 된다. 제4도와 제5도에 도시된 특정의 실시예와 이하에서의 언급에 있어서, 레이저 다이오드 어레이 (300, 320) 용 광학 시스템은 더 긴 크기의 돗트 (390, 392)를 가로지르는 방위각으로 테레센트릭된다. 상기 실시예에 있어서, 레이저 다이오드 어레이 (300, 320) 용 광학 시스템은 레이저 다이오드 어레이 (300, 320) 가 실제적으로 짧은 크기의 선으로 나타나기 때문에 더 짧은 크기의 돗트 (390, 392)를 가로지르는 방위각으로 텔레센트릭될 필요는 없다.
레이저 다이오드 어레이 (300, 320) 용 광학 시스템이 텔레센트릭이라는 요건은 중요하다. 이것은 어레이 (300, 320) 용 텔레센트릭 광학 시스템 이 어레이 (300, 320) 의 원계 분포가 초점으로부터 최대한 벗어나게 하는, 즉 원계 분토가 무한대에서 초점을 맞추도록 보장하기 때문에 중요하다. 결과적으로, 광학 시스템에서 초점이 흐려지는 에러가 레이저 다이오드 어레이(300, 320) 의 원계 분포를 기록 매체 (470) 상에 부주의하게 이미징되는 것이 방지된다. 더욱이, 텔레센트릭 광학 시스템의 사용으로부터 발생하는 부가된 이득은 레이저 다이오드 어레이로부터 근계 분포의 이미지 크기가 비대칭적으로, 즉 적절한 초점의 양쪽에서, 다른 크기로 더 짧거나 더 길게 변하지는 않게 된다는 것이다. 달리 말하면, 텔레센트릭 광학시스템의 초점의 유효 깊이는 크게되고, 레이저 다이오드 어레이 (300, 320) 로부터 근계 분포의 이미지의 크기는 초점이 흐려지는 에러의 경우에도 실질적으로 동일하게 유지된다. 이것은 돗트의 크기가 소정 범위 내에서 조심스럽게 제어되도록 하는 반조 또는 영역 변조 이미지 재생을 신뢰 있게 하도록 한다.
지금부터 본 발명은 레이저 다이오드 어레이 (300-330) 각각이 대략 1 ㎛ × 88 ㎛ 의 크기인 직사각형 단면으로 된 근계 분포를 갖는 특정 실시예를 언급함으로써 기술될 것이다. 레이저 다이오드 어레이 (300-320) 로부터 근계 분포는 제5도에 도시된바와 같이, 3 ㎛ × 30 ㎛ 이상 또는 이하의 크기를 각각 갖는 직사각형 돗트 (390-392) 와 3 ㎛ × 5 ㎛ 이상 또는 이하의 크기를 갖는 직사각형 돗트 (393) 로써 기록 매체 (470) 상에 영사된다. 돗트 (390-393) 는 기록 매체 (470) 상의 영역 변조된 화소 노출 패턴을 제공하는데 사용되는 프린팅 빔을 제공한다.
우리는 지금부터 제5도에 도시된 광학 시스템 (10) 이 돗트 (390, 392)를 제공하는 방법을 기술하고자 한다. 돗트 (390)를 제공하는 광학 시스템 (10) 부분과 돗트 (392)를 제공하는 광학 시스템 (10) 부분은 유사한 방식으로 작동되는데, 간단히 하기 위하여, 단지 돗트 (390)를 제공하는 부분만 기술하려고 한다.
제6도에 도시되어진 바와 같이, 돗트 (390)를 제공하는 광학 시스템 (10) 부분은 조명기 (400), 왜상 모듈 (540), 그리고 대물 렌즈 시스템 (550)을 구비한다. 또한 상기 실시예의 이해를 쉽게 하고 당 기술의 당업자에게 제6도에 도시된 광학 시스템의 인식을 제공하기 위하여, 잠시동안 조명기 (400) 자체가 텔레센트릭 되었다고 가정한다. 본 발명에 있어서는 제6도에 도시된 광학 시스템만, 전체적으로, 텔레센트릭되도록 요구되므로, 조명기 (400) 는 실제에 있어서 텔레센트릭되도록 요구되지 않는다. 더욱이, 만일 조명기 (400) 가 텔레센트릭 되었다면, 당 기술분야의 당업자에 의해 쉽게 인식될 수 있으며, 제6도에 도시된 실시예의 길이는 렌즈 시스템의 초점 길이에 의해 즉 대부분 렌즈 (530) 의 긴초점 길이에 의해 결정된다. 따라서, 동일의 결합점 (conjugate point)을 유지하는 방식으로, 대물 렌즈 시스템 (550) 쪽으로 대물 광학 시스템 (510) 과, 렌즈 (520) 및 렌즈 (530) 가 구비된 일군의 광학 소자를 시프트함으로써, 그리고 일군 쪽으로 시준기 렌즈 시스템 (500)을 시프트함으로써, 전체적인 텔레센트릭 특성을 유지하면서, 조명기 (400), 왜상 모듈 (540), 및 대물 렌즈 시스템 (550) 으로 구성된 제6도의 광학 시스템은 실제로 더 짧게 만들어질 수 있다. 510 과 530 이 X 방향으로 무한 초점 망원경을 형성하기 때문에 결합점을 유지하는 그와 같은 시프트는 1을 뺀 배율의 제곱에 비례한 크기만큼 결합점 간의 전체적 광학 시스템의 길이를 짧게 할 수 있게 된다.
제6도에 도시되어진 바와 같이, 레이저 다이오드 어레이 (300) 로부터 근계 분포 (305) 는 1 ㎛ × 88 ㎛ 와 실질적으로 같은 크기를 갖는다. 레이저 다이오드 어레이 (300) 로부터의 방사는 조명기 (400) 에 부딪히게 된다. 상술한 바와 같이, 조명기 (400) 는 시준기 렌즈 시스템 (500) 과 대물 광학 시스템 (510)을 구비하는 텔레센트릭 광학 시스템이다. 상기 실시예에 있어서, 시준기 렌즈 시스템 (500) 은 (a) 수차 제어를 제공하고 상당히 정확한 시준을 보장하는 비구면 렌즈이고 (b) 제작이 용이하도록 회전 가능한 대칭으로 된다. 레이저 다이오드 어레이 (300) 로부터 근계 분포 (305) 는 실질적으로 시준기 렌즈 시스템 (500) 의 앞쪽 초점 평면에 배치된다.
텔레센트릭 되는 조명기 (400)를 제공하기 위하여, 시준기 렌즈 시스템 (500) 의 뒤쪽 초점 평면은 대물 광학 시스템 (510) 의 앞쪽 초점 평면에 실질적으로 위치된다. 대물 광학 시스템 (510) 은 평철 렌즈 (512), 평요 렌즈 (513), 및 평철 렌즈 (514)를 구비한다.
결과적으로, 제6도에 도시되어진 바와 같이, 원계 분포 (600) 는 시준기 렌즈 시스템 (500) 의 뒤쪽 초점 평면 내에 형성되고 실질적으로 레이저 다이오드 어레이 (300) 내 레이저 다이오드 정합의 방위에 직각으로, 즉 근계 분포 (305) 의 방위에 직각으로 정렬된다. 더욱이, 시준기 렌즈 시스템 (500) 과 대물 광학 시스템 (510) 은 시스템의 개구수를 감소시키기 위하여 근계 분포 (305) 의 확대를 제공한다.
레이저 다이오드 어레이 (300) 로부터 근계 분포 (305) 의 확대된 이미지는 위치 (610) 에 의해 나타내어진 위치에서 대물 광학 시스템 (510) 의 뒤쪽 초점 평면에 나타난다. 위치 (610) 는, 사실상, 제5도에 도시되어진 거울의 일면 (345) 인데 이해를 돕기 위하여 제6도에서 생략되었다. 또한, 당 기술분야의 당업자의 의해 용이하게 실시될 수 있는 바와 같이, 위치 (610) 에서 근계 이미지는 실상이고 전체적으로 텔레센트릭 광학 시스템을 제공하는데 필요한 결합 (conjugate) 중간 이미지를 제공한다.
위치 (610)를 지나 레이저 어레이 (300-330) 의 모든 근계 분포로부터의 광선 (ray) 이 왜상 모듈 (540) 로 들어간다. 왜상 모듈 (540) 은 광학 시스템 (10) 내에서, 모든 레이저 다이오드 어레이 (300-330) 로부터의 모든 방사를 한 방위각으로 시준하고 형상화하는 공통성분의 역할을 한다. 공통 왜상 시스템의 사용은 방사 패턴을 제공하는데 드는 비용을 감소시킨다.
왜상 모듈 (540) 이 레이저 다이오드 어레이 (300-330) 로부터 방사를 이미징하는 광학 시스템 (10) 의 공통 성분임에도 불구하고, 이 시점에서 광학 시스템 (10) 이 레이저 다이오드 어레이 (300) 로부터 근계 분포 (305)를 이미징하는 방법만을 기술하려고 한다.
왜상 모듈 (540) 은 (a) 레이저 다이오드 어레이 (300) 의 레이저 다이오드 정합의 길이 방향에 실질적으로 직각으로 배치된 광학 배율을 갖는 원통형 렌즈 (520) 와, 그리고 (b) 레이저 다이오드 어레이 (300) 의 레이저 다이오드 정합의 길이 방향에 실질적으로 나란히 배치된 광학 배율을 갖는 원통형 렌즈 (530)를 구비한다. 여기서, 상기 실시예의 이해를 돕기 위하여, 조명기 (400) 는 텔레센트릭인 것으로 취급되고, 렌즈 (520) 의 앞쪽 초점 평면은 실질적으로 렌즈 (510) 의 뒤쪽 초점 평면에 배치되고, 그리고 렌즈 (520) 의 뒤쪽 초점 평면은 실질적으로 렌즈 (530) 의 앞쪽 초점 평면에 배치된다. 결과적으로, 조명기 (400) 와 왜상 모듈 (540) 의 조합은 X 방향에 대응하는 방위각으로 텔레센트릭 된다. 당업자들은 렌즈 (520 및/또는 530) 가 원환체 렌즈이거나 또는 렌즈 (520 및 530) 가 한 쌍의 프리즘이나 등가물에 의해 대체될 수 있음을 알 수 있다. 그러나, 프리즘은 배열하기 어렵고 방사의 편광에 민감하기 때문에 상기 실시예에 있어서 프리즘 대신 렌즈를 사용하는 것이 더 낫다.
왜상 모듈 (540) 로부터 방출하는 방사는, 어떤 적용에서는 자동초점화 시스템 등을 위하여 빔 분열기 (beamsplitter)를 통과한다. 그럼에도 불구하고, 제6도에 도시되어진 바와 같이, 위치 (600)에서 초점이 맞춰진 원계 분포는 실질적으로 대물 렌즈 시스템 (550) 의 앞쪽 초점 평면엣 배치된 그의 결합 위치 (conjugate position : 620) 에 왜상 모듈 (540) 로부터 출현한다. 대물 렌즈 시스템 (550) 의 앞쪽 초점 평면은 실질적으로 렌즈 (530) 의 뒤쪽 초점 평면에 배치된다. 따라서, 조명기 (400), 왜상 모듈 (540) 및 대물 렌즈 시스템 (550)을 구비하는 광학 시스템 은 한 방위각으로 텔레센트릭 되어, 결과적으로 근계 분포 (305)를 소정의 스케일과 패턴으로, 즉 3 ㎛ × 30 ㎛ 돗트 (390) 로 초점을 맞추고 무한대에서 원계 분포를 초점 맞춘다.
마지막으로, 위에서 상술된 바와 같이, 제6도에 도시된 실시예의 길이는 렌즈의 초점 길이에 의해, 그리고 대개는 렌즈 (530) 의 초점 길이에 의해 결정된다. 따라서, 사실상, 조명기 (400), 왜상 모듈 (540) 그리고 대물 렌즈 시스템 (550)을 구비하는 제6도의 광학 시스템은, 동일의 결합점을 유지하는 방식으로 대물 광학 시스템 (510), 렌즈 (520) 그리고 렌즈 (530)를 구비하는 일군 (group) 의 광학 소자를 대물 렌즈 시스템 (550) 쪽으로 시프트시킴으로써, 그리고 시준기 렌즈 시스템 (500)을 상기 일군 쪽으로 시프트시킴으로써 거의 전체적 텔레센트릭 특성을 여전히 유지시키면서, 더 짤게 만들어진다. 당 기술 분야의 당업자에 의해 공지된 바와 같이, 결합점을 유지하는 그와 같은 시프트는 비율의 제곱에서 1을 뺀 값에 비례하는 크기만큼 결합점 사이의 전체 광학 시스템의 길이를 짧게 한다.
본 발명의 바람직한 실시예의 구성 데이터는 표 1에 나타내었다. 다음 정보는 구성 데이터를 이해하는데 도움을 줄 것이다. 먼저, 일반적으로 상기 구성 데이터는 물체의 위치와 이미지 평면, 소자의 형태, 그들의 구성과 그들의 광학 특성, 그리고 광축 (optical axis)을 따라 그들을 분리시키는 거리를 나타낸다. 규정상, 도면에 도시된 바와 같이, 물체와 왼쪽에서 오른쪽으로 광학 시스템을 통해 진행하는 빛으로부터 시작된다. 일 표면이 주어지고 이것은 상기 거리를 따라 위치된 매체 재료를 갖는 다음 표면에 대한 두께로 이어진다. 상기 재료는 공기 중에 블랭크로 남는다. 그리고 나서 다음 표면이 인식되고 그의 곡률 반경이 특정화된다. 이것은 다시 다음 표면과 개재된 물체에 대한 두께로 이어진다. 이러한 방식으로 광로 (optical path) 길이, 굴절률로 곱해진 실제거리가 결정된다.
비구면은 다음 식으로 주어진다.
여기서 h2= x2+y2: c 는 표면의 극에서 곡률 (베이스 곡률) : K 는 원추 상수 : 그리고 A, B, C 및 D 는 각각 4 번째, 6 번째, 8 번째 그리고 10 번째 변형항이다. (축 대칭 시스템에서 다른 홀수 번째의 항은 비회전 표면에 또한 필요하다.) 표면이 단지 원추형일 때, 즉 A=B=C=D=0 일 때 원추형 표면 형태 (CON) 가 사용된다. 또한 표면 개수는 상기 시스템의 왜형과 마찬가지 방위각으로 변경될 수 있는데, 이 경우에 그들의 대부분 또는 일부가 한 평면에서 0 이 될 수 있다. 두 번째로, 표 1을 사용하여, 제7도에 도시되어진 바와 같이, 시준렌즈 시스템 (500) 은 평판과 비구면 수렴 렌즈를 포함한다. 상기 평판의 표면은 2 와 3으로 표시되고 비구면 수렴 렌즈의 표면은 4 내지 9 로 표시되는데. 표면 (4 및 9) 는 만곡되고 표면 (5 내지 7) 은 플랜지를 의미하는 모형이 된다. 더욱이, 제7도에 도시된 바와 같이, 대물 렌즈 시스템 (550) 은 수렴 렌즈와 평판을 포함한다. 상기 렌즈의 표면은 27과 28로 표시되고 상기 평판의 표면은 29 와 30 으로 표시된다. 광학 시스템에서 다른 렌즈에 대란 표면 지정은 제6도에 도시된다. 마지막으로 표면 (17) 은 제6도의 위치 (610)에서 거울의 위치이다.
우리는 지금부터 제5도에 도시된 광학 시스템 (10) 이 돗트 (391 및 393)를 제공하는 방법을 기술하려고 한다. 먼저, 돗트 (393) 가, 돗트 (390-392) 의 경우에서와 같이 크기 3 ㎛ × 30 ㎛ 이거나 또는 그 이상 또는 그 이하인 경우 대신에, 3 ㎛ × 5 ㎛ 의 크기 또는 그 이상이거나 그 이하인 크기를 가지기 위해서는, 사용자는, 예를 들어, 간단하게 거울 (380) 상에 위치된 마스크를 사용할 수도 있다. 위에서 상술된 바와 같이, 거울 (380) 은 간결하게 할 목적으로 제6도에서 생략되었었지만 그것은 실질적으로 위치 (610) 에 배치되어진 곳에 나타난다.
두 번째로, 제4도에 도시되어진 바와 같이, 광학 시스템 (10) 은 분리된 조명기, 즉 각각 레이저 다이오드 어레이 (300-330) 용 조명기 (400-430), 공통 왜상 모듈 (540) 과 공동 대물 렌즈 시스템 (550)을 구비한다. 더욱이, 조명기 (400 및 420) 는 동일하다. 그러나, 광학 시스템 (10) 이 Y-방향으로 텔레센트릭 되지 않기 때문에, 돗트 (391 및 393) 는 조명기 (410 및 430) 를 간단히 디센터링 (decentering) 함으로써 Y 에 옮겨놓을 수 없다. 텔레센트릭한 성질은 조명기 (410 및 430)를 경사지게 함으로써 회복될 수 있으나, 이 때 원통형 렌즈 (520) 에 의하여 코마 (coma) 가 발생하게 된다.
제8a도 및 제8b도에 도시되어진 바와 같이, 조명기 (410 및 430) 는 조명기 (400) 의 시준기 렌즈 시스템 (500) 과 같은 시준기와 조명기 (400) 의 대물 렌즈 시스템 (510) 과 같은 대물 렌즈를 구비한다. 그러나, 그들은 또한 코마를 제거하고 텔레센트릭의 성질을 회복시키기 위하여 설계된 추가적인 광학 소자들을 구비한다. 특히, 제8a도 및 제8b도에 도시되어진 바와 같이, 조명기 (410) 용으로 설계된 광학 소자는 분광 쐐기 (700 및 701) 이고, 조명기 (430) 용으로 설계된 광학 소자는 경사진 거울면 (375) 과 분광 쐐기 (705) 이다. 분광 쐐기 (700 및 701) 는 대물 렌즈 뒤 중간 이미지 앞의 위치 (710)에서 조명기 (410) 에 삽입되고 분광 쐐기 (705) 는 대물 렌즈 뒤 거울면 (375) 앞의 위치에서 조명기 (430) 에 삽입된다. 조명기 (410) 용 분광 쐐기 (700 및 701) 의 조합과 분광 쐐기 (705) 의 조합 그리고 조명기 (430) 용 거울면 (375) 의 디프 (dip) 는, 각각 각 조명기로부터 출현한 빔을 다소 발산하게 한다. 이것은 어떠한 광선도 대물 렌즈 시스템 (550) 의 풀필 (pupil) 에서 사라지는 것, 즉 주된 광선이 축으로부터 멀리 만곡되는 것을 방지하고, 원통형 렌즈 (520) 의 코마를 보정하게 한다. 사실상, 주된 광선은 만곡되어 긴 초점 길이 렌즈 (530) 의 축을 통과한다. 이러한 만곡은 레이저 다이오드 어레이 (310 및 330) 용 전체 광학 시스템이 돗트 (390 및 392) 사이의 선으로부터 돗트 (391 및 393) 의 전치에 대응하는 방위각으로 텔레센트릭 되도록 한다. 비록 조명기 (400) 와 동일한 조명기 (410 및 430)를 가짐으로써, 또한 조명기 (410 및 430)를 오프셋팅 함으로써 유사한 기능을 성취할 수 있을지라도, 이것은 그러한 포지셔닝 (positioning) 이 수차, 특히 코마이기 때문에 바람직하지 않다.
제9도는 분광 쐐기 (700 및 701) 의 바람직한 실시예를 도시하였고, 제10도는 분광 쐐기 (705) 의 바람직한 실시예를 도시하였다. 제9도 및 제10도에 도시된 바와 같이, BK7 은 상업적으로 이용된 투명하고 굴절도가 낮은 광학 기계용 유리이고 SF1 은 상업적으로 이용된 높은 굴절도의 플린트 유리이다.
쐐기 (700 및 701) 는 돗트 (391)를 제공하는 빔이 거울 (380) 위에 부딪히지 않기 때문에 조명기 (410)에서 사용된다. 또한 제9도에 도시되어진 바와 같이, 쐐기 (700 및 701) 는 다른 물질로 구성되고 쐐기 (700 및 701) 의 코마는, 코마가 쐐기 (700 및 701) 와 렌즈 (520) 로 구성되는 시스템용로 교정되도록 결정된다. 덧붙여서, 위에서 논의된 바와 같이, 상기 쐐기 (705) 의 코마는 코마가 쐐기 (705), 거울면 (375) 및 렌즈 (520)로 구성되는 시스템용으로 교정될 수 있도록 결정된다.
마지막으로, 당업자에게 공지된 바와 같이, 어레이 (300-330) 의 근계 분포의 이미지는 조명기 (400-430) 의 초점 상태와 그의 배열을 조절함으로써 광학 시스템 (10) 내 위치 (610)에서 배열된다.
본 발명의 바람직한 실시예의 부가, 공제, 삭제 및 다른 변형을 포함하는 본 발명의 다른 실시에는 당업자에게는 자명한 것이 될 것이며 다음의 청구범위에 포함될 것이다. 예를 들어, 왜상 모듈 (540) 의 기능은 당 기술분야의 당업자에게 자명한 보충적 변경을 가함으로써 공학 시스템 (10)을 통해 다르게 분포되는 광학 소자에 의해 제공될 수도 있다. 더욱이, 광학 시스템 (10) 에서의 렌즈들은 위에서 상술된 바와 같은 간단한 렌즈들을 가질 필요는 없다. 더욱이, 당 기술분야의 당업자로서는, 광학 시스템 (10) 의 여러 면은 수차 제어의 목적으로 비구면 렌즈로 만들어질 수도 있다.

Claims (11)

  1. 기록 매체상의 프린팅에 사용되는 방사 소스에 있어서, 상기 방사 소스는, 근계 및 원계 (near and far field) 방사 분포를 갖는 하나 이상의 레이저 다이오드 어레이와, 그리고 상기 레이저 다이오드 어레이로부터의 상기 근계 분포의 이미지를 기록 매체 상에 제공하는 하나 이상의 방위각으로 텔레센트릭 되는 광학 시스템을 포함하며, 상기 텔레센트릭 광학 시스템은, 중간의 이미지 평면에서 상기 근계 분포의 첫 번째 이미지를 제공하는 조명기와, 그리고 상기 기록 매체 상에 상기 첫 번째 이미지를 재영사하는 광학 시스템을 포함함을 특징으로 하는 방사 소스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 텔레센트릭 광학 시스템이, 중간의 이미지 평면에서 상기 근계 분포의 이미지를 제공하는 조명기와, 상기 중간 이미지를 수용하는 왜상 광학 시스템과, 그리고 상기 왜상 광학 시스템과 정합하여 작동하고, 상기 중간 이미지를 재영사하여 상기 기록 매체 상에 최종 이미지를 제공하는 대물 광학 시스템을 포함함을 특징으로 하는 상기 소스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 조명기가 시준기와 대물 광학 시스템을 포함함을 특징으로 하는 상기 소스.
  4. 제3항에 있어서, 상기 조명기가 시준기와 대물 광학 시스템을 포함함을 특징으로 하는 상기 소스.
  5. 제3항에 있어서, 상기 왜상 광학 시스템이 제 1 원통형 렌즈 시스템과 제 2 원통형 렌즈 시스템을 포함함을 특징으로 하는 상기 소스.
  6. 제3항에 있어서, 상기 왜상 광학 시스템이 하나 이상의 원환체 렌즈 시스템을 포함함을 특징으로 하는 상기 소스.
  7. 제1항에 있어서, 상기 텔레센트릭 광학 시스템이 시준기와, 제 1 대물 렌즈 시스템, 하나 이상의 방위각으로 텔레센트릭 되는 왜상 광학 시스템, 그리고 제 2 대물 렌즈 시스템을 포함함을 특징으로 하는 상기 소스.
  8. 기록 매체상의 프린팅에 사용되는 방사 소스에 있어서, 상기 방사 소스는, 다수의 위상화 레이저 다이오드 어레이와, 복수의 위상화 레이저 다이오드 어레이와 공통 광로를 따라 이동하는 상기 위상화 레이저 다이오드 어레이로부터의 방사를 결합시키는 광학 수단과, 상기 레이저 다이오드 어레이로부터의 근계 분포의 이미지를 기록 매체 상에 제공하는 하나 이상의 방위각으로 텔레센트릭 되는 광학 시스템을 포함함을 특징으로 하는 방사 소스.
  9. 제9항에 있어서, 상기 결합 수단이 근계의 중간 이미지에 위치된 거울의 어레이임을 특징으로 하는 상기 소스.
  10. 제11항에 있어서, 프리즘이 상기 결합 걸울 앞에서 상기 왜상 광학 시스템에서의 수차를 교정하기 위해 사용됨을 특징으로 하는 상기 소스.
  11. 기록 매체상의 프린팅에 사용되는 방사 소스에 있어서, 근계 및 원계 방사분포를 갖는 하나 이상의 위상화 레이저 다이오드 어레이 ; 및 매체 상에 상기 위상화 레이저 다이오드 어레이로부터 상기 근계 방사 분포의 이미지를 제공하고, 상기 위상화 레이저 다이오드 어레이로부터 상기 원계 방사분포를 무한대로 영사하는, 하나 이상의 방위각으로 텔레센트릭 되는 광학 시스템을 포함함을 특징으로 하는 방사 소스.
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