JPH068920U - 光ラスタスキャニング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光線を反射して複数本の平行なスキャンライ
ンを発生させる光ラスタスキャニング装置に利用される
ポリゴンミラーの形状を改善し低コスト化を図る。 【構成】 ポリゴンミラー１は中心軸１１に対して平行
な複数個の反射面１０１を有する。該ポリゴンミラー１
の中心軸１１を回転軸１２に対して所定の角度傾けて、
モータ３のシャフト３１に取り付け回転駆動する。ポリ
ゴンミラー１は偏平多角柱形状を有し加工性に優れてい
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ポリゴンミラーを利用し入射光線を反射して複数本の平行なスキャ ンラインを発生させる光ラスタスキャニング装置に関する。より詳しくは、ポリ ゴンミラーの形状並びに回転駆動姿勢に関する。

【０００２】

【従来の技術】

図６に従来の光ラスタスキャニング装置の一般的な構成を示す。ポリゴンミラ ーＭは中心軸に対して夫々異なった角度で傾斜した複数個の反射面Ｒを備えてい る。ポリゴンミラーＭはその中心軸と一致する回転軸Ｓを中心として高速回転さ れる。レーザ光源Ｌから発射された入射光Ｉは各反射面Ｒにより異なった反射角 で反射され複数本の平行なスキャンラインが形成できる。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

前述した様に、従来のポリゴンミラーは異なる傾斜角を有する複数の反射面を 備えた多面体形状となっている。傾斜角が異なる為ポリゴンミラーの製造加工は 煩雑であり量産性が悪くコストが高いという課題がある。この種の光ラスタスキ ャニング装置は例えばバーコードリーダに利用されている。市場におけるバーコ ードリーダの価格低減が強く望まれている一方、主要構成部品であるポリゴンミ ラーの製造コストが高い為市場の要求に応える事ができないという課題があった 。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

上述した従来の技術の課題に鑑み、本考案はポリゴンミラーの形状及び回転保 持姿勢を改良する事により光ラスタスキャニング装置のコストパフォーマンスを 改善する事を目的とする。かかる目的を達成する為に以下の手段を講じた。即ち 、本考案にかかる光ラスタスキャニング装置は、中心軸に対して平行な複数個の 反射面を有するポリゴンミラーと、該ポリゴンミラーの中心軸を回転軸に対して 所定の角度傾けて回転する駆動手段とを備えた事を特徴とする。好ましくは、該 ポリゴンミラーは端面多角形状を有するとともに、該駆動手段は多角形状に関し 設定された所定の非対称軸と前記中心軸と前記回転軸との三者が同一平面上にく る姿勢でポリゴンミラーを支持する様にしている。又、該ポリゴンミラーはダイ ナミックバランス調整用のウェイトを備えている。

【０００５】

【作用】

本考案によれば、ポリゴンミラーは中心軸に対して平行な複数個の反射面を備 えており、偏平多角柱形状を有する。従来の異なった傾斜反射面を有する異形状 のポリゴンミラーに比較し、偏平多角柱形状のポリゴンミラーは加工が極めて容 易であり製造コストを低く抑える事ができる。例えば、予め偏平多角柱形状に粗 加工された多数のアルミブランク材を同心状に重ねて、一括ダイヤモンド切削を 行なう事により精密研磨反射面が得られるので、量産性に優れている。この様な 偏平多角柱形状を有するポリゴンミラーの中心軸を回転軸に対して所定の角度傾 けて回転駆動する事により、等価的に入射光に対して各反射面を異なった角度で 傾斜させる事ができる。この為、従来と同等の複数本の平行なスキャンラインを 発生させる事ができる。ポリゴンミラーの中心軸が回転軸から傾いている関係上 、何等の対策を施さないとダイナミックバランスに不均衡が生じる惧れがある。 この為、好ましくはポリゴンミラーにダイナミックバランス調整用のウェイトを 付加している。

【０００６】

【実施例】

以下図面を参照して本考案の好適な実施例を詳細に説明する。図１は本考案に かかる光ラスタスキャニング装置の基本的な構成を示す模式的な部分断面図であ る。ポリゴンミラー１はその中心軸１１に対して平行な複数個の反射面１０１を 備えており、偏平多角柱形状に加工される。ポリゴンミラー１の側方にレーザ光 源２が配置されており、光線をポリゴンミラー１の各反射面１０１に入射する。 反射された光線はスキャン光２０１となって標的物（図示せず）をラスタスキャ ンする。

【０００７】 一方、駆動手段を構成するモータ３にはシャフト３１が装着されている。この シャフト３１はポリゴンミラー１の回転軸１２と一致している。図から明らかな 様に、回転軸１２と中心軸１１は所定の角度で互いに傾いている。以下この角度 を偏角と呼ぶ事にする。ポリゴンミラー１を回転軸１２の周りに回転駆動すると 中心軸１１が偏っている為各反射面１０１の傾斜角が段階的に変化する。この為 、スキャン光２０１の反射角が変化しラスタスキャンが行なわれる。シャフト３ １はポリゴンミラー１の中央部に設けられた開口に挿入され、一対の押さえ板３ ２，３３及びナット３４によりポリゴンミラー１を固定する。又、ポリゴンミラ ー１の上端面及び下端面にはダイナミックバランス調整用のウェイト３５，３６ が取り付けられている。

【０００８】 好ましくは、ポリゴンミラー１にはその多角形状に関し設定された所定の非対 称軸が規定されている。図示では、この非対称軸は紙面上にあり且つ中心軸１１ に直交している。本例では、当該非対称軸と、前記中心軸１１と前記回転軸１２ との三者は同一平面上即ち紙面上にくる姿勢で、ポリゴンミラー１がシャフト３ １により支持固定されている。上述した非対称軸、中心軸及び回転軸の平面的な 関係を維持した状態でポリゴンミラー１が回転駆動される。

【０００９】 図２にポリゴンミラー１の平面形状を示す。本例ではポリゴンミラー１は８個 の反射面１０１〜１０８を有しており全て中心軸１１に対して平行である。なお 図では中心軸１１は紙面に垂直となっている。従って、ポリゴンミラー１は平面 的に見て正八角形の端面形状を有している。

【００１０】 中心軸１１に直交し紙面に平行なＹ軸が前述した非対称軸を規定している。即 ち、Ｙ軸を境にして正八角形の両半分は互いに非対称である。このＹ軸と直交す るＸ軸に対して、第一反射面１０１の法線は角度αだけ傾いている。以下この角 度αを交差角と呼ぶ事にする。幾何学的な関係から明らかな様に、第二反射面１ ０２の法線とＸ軸のなす交差角はα＋４５°になる。以下同様に、第三ないし第 八反射面１０３〜１０８については、夫々α＋９０°，α＋１３５°，α＋１８ ０°，…，α＋３１５°となる。

【００１１】 図３は同じくポリゴンミラー１の側面形状を示している。図示する様にポリゴ ンミラー１をモータのシャフトに対して支持固定した状態では、中心軸１１と回 転軸１２と非対称軸即ちＹ軸との三者が同一平面上即ち紙面上に位置している。 又、中心軸１１と回転軸１２は所定の偏角φだけずれている。換言すると、ポリ ゴンミラー１は紙面に対して垂直なＸ軸の周りを偏角φだけ回転した状態でモー タのシャフトに支持固定されている。

【００１２】 この様な支持姿勢においては、第一反射面１０１と回転軸１２のなす傾斜角は 偏角φが大きくない範囲でφｓｉｎαとなる。なお図３の状態では、第一反射面 １０１は第三反射面１０３の陰になっている。同様に、第二反射面１０２ないし 第八反射面１０８と回転軸１２のなす傾斜角は、夫々φｓｉｎ（α＋４５°）， φｓｉｎ（α＋９０°），…，φｓｉｎ（α＋３１５°）となる。 α＝１０°に設定した場合の計算結果を以下の表１に示す。

【００１３】

【表１】 表１から明らかな様に、Ｘ軸に対する第一反射面１０１の法線の交差角は１０ °（α）であり、回転軸１２に対する反射面１０１の傾斜角は０．１７φで与え られる。同様に、第二反射面１０２の交差角は５５°であり、この時傾斜角は０ ．８２φとなる。第三反射面１０３の交差角は１００°であり、傾斜角は０．９ ８φとなる。以下同様にして、第四反射面１０４の傾斜角は０．５７φであり、 第五反射面１０５の傾斜角は−０．１７φであり、第六反射面１０６の傾斜角は −０．８２φであり、第七反射面１０７の傾斜角は−０．９８φであり、最後の 第八反射面１０８の傾斜角は−０．５７φとなる。

【００１４】 Ｙ軸を非対称軸となる様に設定した場合、Ｘ軸に対する各反射面法線の交差角 に幾何学的な周期性が表われない。この為、回転軸に対する各反射面の傾斜角は 全て異なっている。この様な姿勢でポリゴンミラーを回転駆動すると、８個の反 射面に各々対応した８本のラスタスキャンラインが得られる。図５にラスタスキ ャンラインのパタンを示す。各ラインは互いに分離しており、第一反射面１０１ はスキャンライン２１１を描く。第二反射面１０２はスキャンライン２１２を描 く。以下同様に、第三反射面１０３ないし第八反射面１０８は夫々スキャンライ ン２１３ないしスキャンライン２１８を描く。このラスタパタンは等間隔ではな いが、バーコードリーダ等に使用する場合実用上何等問題は生じない。

【００１５】 一方、図２に示すＹ軸をポリゴンミラー１の八角形の対称軸に一致する様に設 定した場合の計算結果を以下の表２に示す。

【表２】 Ｙ軸を対称軸にとった結果、Ｘ軸に対する第一反射面１０１の法線の交差角は ０°になる。この時、回転軸に対する第一反射面１０１の傾斜角は０となる。第 二反射面１０２の交差角は４５°であり、その傾斜角は０．７１φと計算される 。以下同様に、第三反射面１０３の交差角は９０°であり、傾斜角はφとなる。 第四反射面１０４の交差角は１３５°であり、その傾斜角は０．７１φとなる。 第五反射面１０５の交差角は１８０°であり、その傾斜角は再び０°である。以 上の計算結果から明らかな様に、第一反射面１０１と第五反射面１０５は同一の 傾斜角を持っている。又、第二反射面１０２と第四反射面１０４も同一の傾斜角 を持っている。さらに、第六反射面１０６と第八反射面１０８も同一の傾斜角を 持っている。従って、重複するスキャンラインが現われラスタ本数は反射面の個 数８個よりも少なくなってしまう。この様に、例えばα＝０°に設定してＹ軸を 八角形の対称軸と一致させるとラスタスキャンの多様性が失われる。しかしなが ら、用途によっては差支えない場合もある。一方、前述した様にＹ軸を八角形の 非対称軸となる様に設定すれば、各反射面の傾斜角の重複を避ける事ができる。

【００１６】 最後に図４を参照して各反射面の傾斜角がφｓｉｎαで近似的に表わされる事 を簡潔に説明する。図４の（Ｂ）に示す様に、ポリゴンミラーが傾いていない姿 勢において、中心軸１１と交わる第一反射面１０１の法線Ｎの長さをγとする。 この法線ＮをＸ軸端から見ると（Ａ）の実線Ｎとなり、その長さはγｓｉｎαで 与えられる。次に、ポリゴンミラーをＸ軸の周りにφだけ回転させると前記法線 Ｎは（Ｂ）の点線ＮＲとなる。又、Ｘ軸端から見ると（Ａ）の実線Ｎをφだけ回 転させた点線ＮＲで表わされ、長さはγｓｉｎαで変わらない。次に、（Ａ）に おいて、点線で示される当該法線ＮＲを回転軸１２の周りに回転させ、法線ＮＲ の長さがγになった時、当該法線ＮＲと垂線とのなす角ｘが第一反射面１０１と 回転軸１２とのなす傾斜角である。従って、傾斜角ｘと交差角α及び偏角φとの 関係は以下の数式１により表わされる。

【数１】 さらに偏角φが大きくない範囲では傾斜角ｘは以下の数式２により近似的に表 わされる。

【数２】

【００１７】

【考案の効果】

以上説明した様に、本考案によれば、中心軸に対して平行な複数個の反射面を 有するポリゴンミラーを利用するとともに、該ポリゴンミラーの中心軸を回転軸 に対して所定の角度傾けて回転駆動する様に支持固定している。この為、従来の 異なった傾斜角を有する反射面からなる異形状のポリゴンミラーと比較すると、 本考案にかかるポリゴンミラーは偏平多角柱形状を有しており製造加工が容易と なるので量産性に優れているという効果がある。従って、従来に比し安価な光ラ スタスキャニング装置を提供する事が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案にかかる光ラスタスキャニング装置の基
本的な構成を示す模式的な断面図である。

【図２】本考案に用いられるポリゴンミラーの平面形状
を示す模式図である。

【図３】本考案にかかるポリゴンミラーを傾けて支持固
定した場合の姿勢を示す側面図である。

【図４】ポリゴンミラーの傾斜角を算出する為に用いら
れる幾何学的な説明図である。

【図５】本考案にかかる光ラスタスキャニング装置によ
って描かれたラスタパタンの一例を示すパタン図であ
る。

【図６】従来の光ラスタスキャニング装置の一般的な構
成を示す模式図である。

【符号の説明】

１ ポリゴンミラー ２ レーザ光源 ３ モータ １１ 中心軸 １２ 回転軸 ３１ シャフト ３５ ウェイト ３６ ウェイト １０１ 第一反射面 ２０１ スキャン光

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 光線を反射して複数本の平行なスキャン
   ラインを発生させる光ラスタスキャニング装置におい
   て、中心軸に対して平行な複数個の反射面を有するポリ
   ゴンミラーと、該ポリゴンミラーの中心軸を回転軸に対
   して所定の角度傾けて回転する駆動手段とを備えた事を
   特徴とする光ラスタスキャニング装置。
2. 【請求項２】 該ポリゴンミラーは端面多角形状を有す
   るとともに、該駆動手段は多角形状に関し設定された所
   定の非対称軸と前記中心軸と前記回転軸との三者が同一
   平面上にくる姿勢でポリゴンミラーを支持する事を特徴
   とする請求項１記載の光ラスタスキャニング装置。
3. 【請求項３】 該ポリゴンミラーはダイナミックバラン
   ス調整用のウェイトを有する事を特徴とする請求項１記
   載の光ラスタスキャニング装置。