CN2427844Y - 光学扫描器的齿轮组变速装置 - Google Patents

Abstract

一种光学扫描器的齿轮组变速装置,装设于传动系统中,包括一控制单元;一凸轮,连接控制单元,藉由控制单元使凸轮摆动;凸轮配置有连接传动系统输出单元的第一齿轮组;一轮轴与凸轮相接,藉由凸轮的摆动使轮轴产生位移;轮轴配置有一第二齿轮组;当凸轮摆动至一预定位置时,第一齿轮组直接与驱动电机啮合而驱动输出单元。当凸轮摆动至另一预定位置时,使得轮轴产生位移,且第二齿轮组分别与驱动电机及第一齿轮组啮合,此时驱动电机则依序藉由第二及第一齿轮组驱动输出单元。

Description

光学扫描器的齿轮组变速装置

本实用新型有关一种光学扫描器的传动装置，特别是有关一种可以切换速度的光学扫描器齿轮组变速装置。

光学扫描器(scanner)是目前经常使用的电脑外围设备之一，可以将图像扫描成数字档案，以利储存、修改。光学扫描器的原理是将光源投射至图像，而其反射光则藉由光学镜片组投射至电耦合元件(charge coupleddevice，CCD)，而转换成数字信号。一般光学扫描器的解析度除了与电耦合元件的积集度及灵敏度有关外，对于光学扫描器中的扫描机构也有极大的关系。就常用的平台式扫描器而言，一般包括电荷耦合元件以及一扫描传动系统，通常以步进电机(stepping motor)为驱动动力。CCD可以直接架构在扫描传动系统上，而直接进行扫描；也可以将CCD固定，而通过一组光学镜片架构在扫描传动系统上，将扫描的光线经光学镜片组传递至CCD进行扫描。一般而言，CCD一次即读取一条扫描线(scanning line，又称：水平线horizontal line)的线条图像数据，其是由多个像素(pixel)所组成，而其解析度是由CCD中感应器(sensor)的密度来决定。也就是一般所言的水平解析度(horizontal resolution)，或是光学解析度。至于垂直方向上的扫描，则是通过扫描传动系统带动CCD或光学镜片组来达成，其解析度则与步进电机的步进角及扫描传动系统的精度有关。即一般习惯称为垂直解析度(vertical resolution)，或是电机解析度(motor resolution)。藉由垂直方向的扫描，可将多个线条图像数据结合形成一完整的图像数据。

请参照图1，其绘示光学扫描器中的传动系统示意图。一般光学扫描器的传动系统包括：一驱动电机100作为动力源，通常为步进电机，然后藉由一传动装置102，比如齿轮、螺杆或皮带等，带动一输出单元104，比如是CCD或光学镜片组，使光学扫描器能对图像逐条扫描。基于使用者实际的需求，光学扫描器必须提供不同的扫描解析度；然而传统光学扫描器的传动装置102大多只有一组齿轮，仅能提供一种齿轮转速比，因此不能兼顾快速扫描与广泛的扫描解析度范围。

本实用新型的目的是提供一种光学扫描器的齿轮组变速装置，以提供传动系统二种以上的齿轮转速比，从而能兼顾多种扫描解析度及扫描速度。

本实用新型的目的是这样实现的：其装设于一光学扫描器的一传动系统中，该传动系统至少包括一驱动电机及一输出单元，其特征在于：该光学扫描器齿轮组变速装置包括：一控制电机；一凸轮，包括一齿轮部分及一曲面部分，其中该齿轮部分与该控制电机啮合，而该曲面部分具有一第一位置及一第二位置；一第一齿轮，与该凸轮同轴，且该第一齿轮连接该输出单元；一第二齿轮，连接于该凸轮并随该凸轮摆动；一第三齿轮，固定于该第二齿轮并与该第二齿轮同轴，藉以使得与该第二齿轮同步运动，并且该第三齿轮与该第一齿轮啮合；一轮轴，该轮轴与该凸轮的该曲面部分相切，且该轮轴包括一弹性装置，施予该轮轴一朝向该凸轮中心的力，使得该轮轴可以沿该曲面部分滑动；一第四齿轮及一第五齿轮彼此接合且配置于该轮轴，该第四齿轮及该第五齿轮同轴且同步运动；以及一第一挡块及一第二挡块，用以限制该凸轮的摆动，其中，当该凸轮藉由该控制电机驱动而摆动至该第一挡块位置时，该轮轴则位于该曲面部分的该第一位置，且该第二齿轮与该驱动电机啮合，此时该驱动电机依序藉由该第二齿轮、该第三齿轮及该第一齿轮传动至该输出单元；而当该凸轮藉由该控制电机驱动而摆动至该第二挡块位置时，该轮轴则位于该曲面部分的该第二位置，使得该第五齿轮与该驱动电机啮合，该第四齿轮与该第二齿轮啮合，此时该驱动电机依序藉由该第五齿轮、该第四齿轮、该第二齿轮，该第三齿轮及该第一齿轮传动至该输出单元。

包括一滑轨，且该轮轴的一端连接一导块，置于该滑轨中，以限制该轮轴的移动方向。

该凸轮摆动至该第一挡块位置时，齿轮转速比约为10-20。

该凸轮摆动至该第二挡块位置时，齿轮转速比约为50-60。

本实用新型的目的也可以是这样实现的：其装设于一传动系统中，该传动系统至少包括一驱动电机及一输出单元，其特征在于：该齿轮组变速装置包括：一控制单元；一凸轮，与该控制单元连接，藉由该控制单元使得该凸轮摆动，且该凸轮配置有一第一齿轮组，该第一齿轮组连接该输出单元；以及一轮轴，与该凸轮相接，藉由该凸轮的摆动使得该轮轴产生位移，该轮轴更配置有一第二齿轮组，其中，当凸轮摆动至一预定位置时，该第一齿轮组直接与该驱动电机啮合，而驱动该输出单元；而当该凸轮摆动至另一预定位置时，使得该轮轴产生位移，且该第二齿轮组分别与该驱动电机及该第一齿轮组啮合，此时该驱动电机则依序藉由该第二齿轮组及该第一齿轮组驱动该输出单元。

更包括二个挡块，以限制该凸轮的摆动范围。

更包括一弹性装置，施予该轮轴一朝向该凸轮中心的力，使得该轮轴与该凸轮紧密相接。

该轮轴更连接一导引装置，以限制该轮轴的运动方向。

其中该控制单元包括一电机。

该第一齿轮组的齿轮转速比约为10-20。

该第一齿轮组与该第二齿轮组啮合所形成的齿轮转速比约为50-60。

本实用新型的目的还可以是这样实现的：其装设于一传动系统中，该传动系统至少包括一驱动电机及一输出单元，其特征在于：该齿轮组变速装置包括：一控制单元；一凸轮，与该控制单元连接，藉由该控制单元使该凸轮可以摆动至多个预定位置；至少一轮轴，与该凸轮相接，藉由该凸轮的摆动使得该轮轴产生位移；以及多组齿轮，分别配置于该凸轮及该轮轴上，其中这些齿轮组其中的一连接该输出单元，藉由该凸轮摆动至这些预定位置之一，使得该轮轴产生位移，进而使得这些齿轮组的一齿轮与该驱动电机啮合，且这些齿轮组的部分齿轮彼此啮合，而获得一齿轮转速比，致使该凸轮摆动至这些预定的每一个位置均对应一齿轮转速比。

本实用新型是一种光学扫描器的齿轮组变速装置，装设于传动系统中，其包括一控制单元；一凸轮，连接控制单元，藉由控制单元使得凸轮摆动，凸轮配置有第一齿轮组，该第一齿轮组连接传动系统的输出单元。一轮轴与凸轮相接，藉由凸轮的摆动使得轮轴产生位移；轮轴更配置有一第二齿轮组。当凸轮摆动至一预定位置时，第一齿轮组直接与传动系统的驱动电机啮合，而驱动输出单元。当凸轮摆动至另一预定位置时，使得轮轴产生位移，且第二齿轮组分别与驱动电机及第一齿轮组齿合，此时驱动电机则依序藉由第二齿轮组及第一齿轮组驱动输出单元。

依照本实用新型的一较佳实施例，控制单元是由一控制电机构成，而凸轮具有齿轮部分及曲面部分，其中齿轮部分与控制电机啮合。第一齿轮组包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮，其中第一齿轮与凸轮同轴，且连接输出单元；第二齿轮连接于凸轮并随凸轮摆动；第三齿轮固定于第二齿轮并与第二齿轮同轴，与第二齿轮同步运动，并且与第一齿轮啮合。而轮轴与凸轮的曲面部分相切，且轮轴还包括一弹性装置，施予轮轴朝向凸轮中心的力，使得轮轴可以沿曲面部分滑动。第二齿轮组则包括第四齿轮及第五齿轮；轮轴、第四齿轮及第五齿轮同轴且同步运动。

其中，当凸轮藉由控制电机驱动而摆动至一预定位置时，轮轴则位于曲面部分的第一位置，且第二齿轮与驱动电机啮合。此时驱动电机依序藉由第二齿轮、第三齿轮及第一齿轮传动至输出单元。

而当凸轮藉由控制电机驱动而摆动至另一预定位置时，轮轴则位于曲面部分的第二位置，使得第五齿轮与驱动电机啮合，第四齿轮与第二齿轮啮合。此时驱动电机依序藉由第五齿轮、第四齿轮、第二齿轮，第三齿轮及第一齿轮传动至输出单元。而实施例中是藉由二个挡块限制凸轮的摆动范围。

本实用新型的光学扫描器齿轮组变速装置可以提供传动系统二种以上的齿轮转速比，对于高解析度采用较低转速比，以获得较精准的扫描信号；对于低解析度需求，则切换为较高转速比，以获得较快速的扫描速度，提高使用效率。

为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图作详细说明如下：

图1是光学扫描器中的传动系统示意图。

图2是依照本实用新型一较佳实施例的一种光学扫描器齿轮组变速装置的俯视示意图。

图3是对应于图2的Ⅰ-Ⅰ剖面视图。

图4是对应于图2的Ⅱ-Ⅱ剖面视图。

图5是对应图2中凸轮曲面部分凸轮角度与曲面表面位移的对应图。

图6是本实用新型齿轮组变速装置处于另一转速比的状态。

请同时参照图2、图3及图4，其中图2绘示依照本实用新型一较佳实施例的一种光学扫描器齿轮组变速装置的俯视示意图；图3绘示对应于图2的Ⅰ-Ⅰ剖面视图；图4绘示对应于图2的Ⅱ-Ⅱ剖面视图。本实用新型的光学扫描器齿轮组变速装置，是装设于光学扫描器的传动系统中，如前所述传动系统至少包括一驱动电机200及一输出单元202。其中，驱动电机包括步进电机、直流电机等；而输出单元202包括齿轮、螺杆或皮带等。

本实用新型的光学扫描器齿轮组变速装置具有一控制单元204，比如为控制电机，可以依据使用者对于解析度及速度需求，进行切换扫描速度的动作。凸轮206(cam)包括齿轮部分208及曲面部分210，齿轮部分208是与控制单元204啮合(engage)，可以藉由控制单元204而驱动凸轮206，使其摆动。而曲面部分210，对应凸轮206摆动的角度，与凸轮206中心212具有距离变化，是切换速度的主要机构。请同时参照图5，其绘示对应图2中凸轮曲面部分凸轮角度与曲面表面位移的对应图。其中，图2中标号214代表凸轮206角度0度的位置(第二位置)，而标号216代表凸轮206角度20度的位置(第一位置)。

第一齿轮218与凸轮206同轴，即第一齿轮218套接于轴220，第一齿轮218与轴220之间较佳的是配置有轴承(未绘示)；且第一齿轮218连接至输出单元202。第二齿轮222套接于轴224而连接至凸轮206，因而随凸轮206摆动。轴224还套接第三齿轮226，第三齿轮226固定于第二齿轮222，因此与第二齿轮222同步运动，也即第二齿轮222与第三齿轮226具有相同角位移、角速度；第三齿轮226更与第一齿轮218啮合。第二齿轮222与第三齿轮226可以螺丝或粘接剂固定，或者第二齿轮222与第三齿轮226也可以一体成形。另外，第二齿轮222与第三齿轮226也可利用键(key)与键槽(slot)一起固定于轴224，而轴224与凸轮206之间则配置轴承，使其可以自由转动。第一齿轮213、第二齿轮222及第三齿轮226构成第一齿轮组。

轮轴228与凸轮206的曲面部分210相切，且轮轴228连接一弹性装置230，比如是一弹簧。弹性装置230施予轮轴228一朝向凸轮206中心212的力F，使得轮轴228可以沿曲面部分210滑动。因此，当凸轮206摆动不同角度时，会导致轮轴228产生对应的位移(如图中236所示)。为限制轮轴228的位移方向，更可以装设一滑轨232(rail)，且轮轴228的一端连接一导块234(guide)，置于滑轨232中，则轮轴228仅能沿滑轨232的轴向移动。

第四齿轮238及第五齿轮240配置于轮轴228，且第四齿轮238及第五齿轮240彼此接合，并一起套接于轮轴228，因此第四齿轮238及第五齿轮240同轴且同步运动。第四齿轮238与第五齿轮240可以螺丝或粘接剂固定，或者第四齿轮238与第五齿轮240也可以一体成形。而第四齿轮238及第五齿轮240与轮轴228之间较佳是配置一轴承。第四齿轮238及第五齿轮240构成第二齿轮组，当轮轴228移动时，第四齿轮238及第五齿轮240会同时跟着移动。

此外，齿轮组变速装置中还配置有第一挡块242(stop)及第二挡块244，用以限制凸轮206仅能在第一挡块242及第二挡块244之间摆动。

请接着同时参照图2及图6，其分别绘示本实用新型齿轮组变速装置处于二种转速比的状态。请先参照图2，当光学扫描器需求较低解析度及较高扫描速度时，控制电机204会驱动凸轮206摆动至第一挡块242的位置。轮轴228由于曲面部分210的推挤而位于第一位置216。第四齿轮238及第五齿轮240则由于轮轴228的带动而脱离；而第二齿轮222及第三齿轮226也随凸轮206而摆动。此时，第二齿轮222与驱动电机200啮合，使得驱动电机200依序藉由第二齿轮222、第三齿轮226及第一齿轮218传动至输出单元202，而第四齿轮238及第五齿轮240处于惰态。

请参照图6，当光学扫描器需求较高解析度时，控制电机204会驱动凸轮206摆动至第二挡块244的位置。轮轴228由于弹性装置230的作用，而位于曲面部分210的第二位置214。第四齿轮238及第五齿轮240则也随轮轴228移动；而第二齿轮222及第三齿轮226也随凸轮206而摆动。此时第五齿轮240与驱动电机200啮合，第四齿轮230与第二齿轮222啮合，使得驱动电机200依序藉由第五齿轮240、第四齿轮238、第二齿轮222，第三齿轮226及第一齿轮218传动至输出单元202。

举例而言，各齿轮的齿数分别为：驱动电机200：15齿；第一齿轮218：90齿；第二齿轮222：60齿；第三齿轮226：25齿；第四齿轮238：20齿；第五齿轮240：75齿。

当凸轮206位于第一挡块242位置时，齿轮转速比(gear ratio)为： $\frac{60}{15}\×\frac{90}{25}=14.4$ 而当凸轮206位于第二挡块244位置时，齿轮转速比为： $\frac{75}{15}\×\frac{60}{20}\×\frac{90}{25}=54$

虽然上述实施例仅以二齿轮组为例，而提供二种齿轮转速比切换；然而熟悉该技术的人员应知，依据本实用新型的精神，也可以设计凸轮具有多个预定位置，并安排多组齿轮及轮轴。藉由凸轮摆动至某预定位置，使得部分轮轴产生位移，进而使得齿轮组的一个齿轮与驱动电机啮合，且部分齿轮组彼此啮合，而获得一齿轮转速比。所以对于凸轮上不同的预定位置，可以对应不同的齿轮组合，致使凸轮摆动至每一预定位置均对应一齿轮转速比。因此可以提供光学扫描器有更多扫描速度及解析度的的选择。然而本实用新型的齿轮组变速装置，也可以装设于其他传动系统中，可以提供多种转速比。

根据本实用新型的光学扫描器齿轮组变速装置，可以提供光学扫描器多种扫描速度及扫描解析度，因而可以兼顾广泛的扫描解析度范围及快速扫描速度，提高光学扫描器的使用效能。

Claims (12)

1、一种光学扫描器齿轮组变速装置，装设于一光学扫描器的一传动系统中，该传动系统至少包括一驱动电机及一输出单元，其特征在于：该光学扫描器齿轮组变速装置包括：一控制电机；一凸轮，包括一齿轮部分及一曲面部分，其中该齿轮部分与该控制电机啮合，而该曲面部分具有一第一位置及一第二位置；一第一齿轮，与该凸轮同轴，且该第一齿轮连接该输出单元；一第二齿轮，连接于该凸轮并随该凸轮摆动；一第三齿轮，固定于该第二齿轮并与该第二齿轮同轴，藉以使得与该第二齿轮同步运动，并且该第三齿轮与该第一齿轮啮合；一轮轴，该轮轴与该凸轮的该曲面部分相切，且该轮轴包括一弹性装置，施予该轮轴一朝向该凸轮中心的力，使得该轮轴可以沿该曲面部分滑动；一第四齿轮及一第五齿轮彼此接合且配置于该轮轴，该第四齿轮及该第五齿轮同轴且同步运动；以及一第一挡块及一第二挡块，用以限制该凸轮的摆动，其中，当该凸轮藉由该控制电机驱动而摆动至该第一挡块位置时，该轮轴则位于该曲面部分的该第一位置，且该第二齿轮与该驱动电机啮合，此时该驱动电机依序藉由该第二齿轮、该第三齿轮及该第一齿轮传动至该输出单元；而当该凸轮藉由该控制电机驱动而摆动至该第二挡块位置时，该轮轴则位于该曲面部分的该第二位置，使得该第五齿轮与该驱动电机啮合，该第四齿轮与该第二齿轮啮合，此时该驱动电机依序藉由该第五齿轮、该第四齿轮、该第二齿轮，该第三齿轮及该第一齿轮传动至该输出单元。

2、如权利要求1所述的光学扫描器齿轮组变速装置，其特征在于：包括一滑轨，且该轮轴的一端连接一导块，置于该滑轨中，以限制该轮轴的移动方向。

3、如权利要求1所述的光学扫描器齿轮组变速装置，其特征在于：该凸轮摆动至该第一挡块位置时，齿轮转速比约为10-20。

4、如权利要求1所述的光学扫描器齿轮组变速装置，其特征在于：该凸轮摆动至该第二挡块位置时，齿轮转速比约为50-60。

5、一种齿轮组变速装置，装设于一传动系统中，该传动系统至少包括一驱动电机及一输出单元，其特征在于：该齿轮组变速装置包括：一控制单元；一凸轮，与该控制单元连接，藉由该控制单元使得该凸轮摆动，且该凸轮配置有一第一齿轮组，该第一齿轮组连接该输出单元；以及一轮轴，与该凸轮相接，藉由该凸轮的摆动使得该轮轴产生位移，该轮轴更配置有一第二齿轮组，其中，当凸轮摆动至一预定位置时，该第一齿轮组直接与该驱动电机啮合，而驱动该输出单元；而当该凸轮摆动至另一预定位置时，使得该轮轴产生位移，且该第二齿轮组分别与该驱动电机及该第一齿轮组啮合，此时该驱动电机则依序藉由该第二齿轮组及该第一齿轮组驱动该输出单元。

6、如权利要求5所述的光学扫描器齿轮组变速装置，其特征在于：更包括二个挡块，以限制该凸轮的摆动范围。

7、如权利要求5所述的光学扫描器齿轮组变速装置，其特征在于：更包括一弹性装置，施予该轮轴一朝向该凸轮中心的力，使得该轮轴与该凸轮紧密相接。

8、如权利要求5所述的光学扫描器齿轮组变速装置，其特征在于：该轮轴更连接一导引装置，以限制该轮轴的运动方向。

9、如权利要求5所述的光学扫描器齿轮组变速装置，其特征在于：其中该控制单元包括一电机。

10、如权利要求5所述的光学扫描器齿轮组变速装置，其特征在于：该第一齿轮组的齿轮转速比约为10-20。

11、如权利要求5所述的光学扫描器齿轮组变速装置，其特征在于：该第一齿轮组与该第二齿轮组啮合所形成的齿轮转速比约为50-60。

12、一种齿轮组变速装置，装设于一传动系统中，该传动系统至少包括一驱动电机及一输出单元，其特征在于：该齿轮组变速装置包括：一控制单元；一凸轮，与该控制单元连接，藉由该控制单元使该凸轮可以摆动至多个预定位置；至少一轮轴，与该凸轮相接，藉由该凸轮的摆动使得该轮轴产生位移；以及多组齿轮，分别配置于该凸轮及该轮轴上，其中这些齿轮组其中的一连接该输出单元，藉由该凸轮摆动至这些预定位置之一，使得该轮轴产生位移，进而使得这些齿轮组的一齿轮与该驱动电机啮合，且这些齿轮组的部分齿轮彼此啮合，而获得一齿轮转速比，致使该凸轮摆动至这些预定的每一个位置均对应一齿轮转速比。

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