JP5935539B2 - レーザ走査装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ走査装置に係り、更に詳しくは、光偏向器を有するレーザ走査装置に関する。

プリンタ等の画像形成装置に用いられる光書込みユニット、バーコードスキャナ、及び距離計測装置等では、レーザ光を対象物に向けて射出し、該レーザ光によって対象物を走査するレーザ走査装置が一般的に用いられている。

このレーザ走査装置は、パルス状のレーザ光を射出する光源装置と、光源装置から射出されたレーザ光を対象物に向けて偏向する光偏向器とを有している。

例えば、特許文献１には、ポリゴンミラー反射面の偏心量を低減させ、走査光学装置の小型化と画像の高品質を両立させることを目的とするポリゴンスキャナモータが開示されている。

近年、レーザ走査装置に対する走査精度の更なる向上が要求されており、従来のレーザ走査装置では、高コスト化を招くことなく、走査精度を向上させるのは困難であった。

本発明は、レーザ光を射出する光源装置と、前記光源装置から射出されたレーザ光を偏向する光偏向器とを備え、該光偏向器で偏向されたレーザ光によって対象物を走査するレーザ走査装置において、前記光偏向器は、反射鏡及び該反射鏡をミラー軸まわりに回転させるモータを含み、前記モータのシャフトに固定され、該シャフトとともに回転する第１部材と、前記ミラー軸に固定され、前記シャフトが回転すると、前記第１部材とかみあって前記ミラー軸と一体となって回転する第２部材とを更に含み、前記反射鏡は箱状のミラーベースに取り付けられ、前記第１部材及び前記第２部材は、前記ミラーベースの内部に設けられ、前記ミラーベースの一部に、前記第１部材と前記第２部材のかみあい部を目視できる開口部が設けられていることを特徴とするレーザ走査装置である。

なお、本明細書では、第１部材と第２部材とが「かみあって回転する」とは、単に第１部材と第２部材とが連動して回転することを意味し、第１部材と第２部材との間に、いわゆるガタがあっても良い。

本発明のレーザ走査装置によれば、高コスト化を招くことなく、走査精度を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るレーザ走査装置の概略構成を説明するための図である。 図１における光源装置を説明するための図である。 図１における光偏向器の斜視図である。 図１における光偏向器の正面図である。 図４の一部を切り取った図である。 ミラーベースの斜視図である。 図６のＡ−Ａ断面図である。 図６のＢ−Ｂ断面図である。 ミラーベースの平面図である。 ミラーベースの貫通孔に圧入されたミラー軸を説明するための図である。 ベースに保持されたミラー軸を説明するための図である。 第１アダプタと第２アダプタの関係を説明するための図である。 第１アダプタを説明するための図である。 第２アダプタを説明するための図である。 第１アダプタと第２アダプタのかみあいを説明するための図である。 従来の光偏向器を説明するための図である。 第２アダプタの変形例１を説明するための図である。 第１アダプタの変形例１を説明するための図である。 ばねの付加を説明するための図（その１）である。 ばねの付加を説明するための図（その２）である。 摺動性の高い部材の付加を説明するための図（その１）である。 摺動性の高い部材の付加を説明するための図（その２）である。 硬度の低い部材の付加を説明するための図（その１）である。 硬度の低い部材の付加を説明するための図（その２）である。 第１アダプタ及び第２アダプタの変形例２を説明するための図（その１）である。 第１アダプタ及び第２アダプタの変形例２を説明するための図（その２）である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図２６に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係るレーザ走査装置１００の概略構成が示されている。

このレーザ走査装置１００は、レーザ光を射出する光源装置１１０と、該光源装置１１０から射出されたレーザ光を偏向する光偏向器１２０と、光源装置１１０及び光偏向器１２０が保持される保持部材１５０（図１では図示省略。図３参照）を備えている。本明細書では、ＸＹＺ３次元直交座標系において、光源装置１１０から射出されたレーザ光の進行方向に平行な軸方向をＸ軸方向とし、光偏向器１２０で偏向されたレーザ光が経時的に形成する光線束面である偏向面（特開平１１−２０２２５２号公報参照）に直交する方向をＺ軸方向として説明する。

光源装置１１０は、一例として図２に示されるように、半導体レーザ１１１と、該半導体レーザ１１１から射出されたレーザ光を略平行光に変換するコリメートレンズ１１２とを有している。半導体レーザ１１１及びコリメートレンズ１１２は、所定の位置関係で光源ホルダ（図示省略）に取り付けられている。そして、該光源ホルダが前記保持部材１５０に保持されている。

光偏向器１２０は、一例として図３〜図５に示されるように、モータ１２１、シャフト１２２、第１アダプタ１２３、第２アダプタ１２４、ミラー軸１２５、２つの反射鏡１２６、ミラーベース１２７、及びベース１２８などを有している。なお、図３は、光偏向器１２０の斜視図であり、図４は、光偏向器１２０の正面図である。また、図５は、ミラーベース１２７の内部を示すために、図４におけるミラーベース１２７の一部を切り取った図である。

モータ１２１は、モータ軸がＺ軸に平行となる状態で保持部材１５０に保持されている。モータ１２１を駆動するための電力は、外部から供給される。

シャフト１２２は、Ｚ軸に平行となる状態でモータ１２１のモータ軸に取り付けられている。そこで、外部からモータ１２１に電力が供給され、モータ１２１が駆動すると、シャフト１２２もＺ軸に平行な軸まわりに回転する。

図６は、ミラーベース１２７の斜視図である。図７は、図６のＡ−Ａ断面図であり、図８は、図６のＢ−Ｂ断面図である。このミラーベース１２７は、Ｚ軸に平行な４つの側板部（１２７ａ〜１２７ｄ）と、該４つの側板部（１２７ａ〜１２７ｄ）によって形成される内部空間の−Ｚ側に配置された四角柱状のブロック部１２７ｅとから構成されている。

側板部１２７ａと側板部１２７ｃは、互いに対向しており、側板部１２７ｂと側板部１２７ｄは、互いに対向している。

側板部１２７ａと側板部１２７ｃには、それぞれ反射鏡が取り付けられる。側板部１２７ｂと側板部１２７ｄには、それぞれ開口部が形成されている。

また、図９に示されるように、ブロック部１２７ｅの中央には、Ｚ軸方向に延びる貫通孔が形成されている。

ところで、４つの側板部（１２７ａ〜１２７ｄ）とブロック部１２７ｅは、一体的に成型されても良い。例えば、ミラーベース１２７は、樹脂成型品であっても良い。

ミラー軸１２５は、Ｚ軸方向を長手方向とする棒状の金属部材である。このミラー軸１２５の＋Ｚ側の端部は、いわゆる「ほぞ」形状に加工されている。

ミラー軸１２５は、図１０に示されるように、ブロック部１２７ｅの貫通孔に圧入されている。

ベース１２８は、ベアリング機構を介してミラー軸１２５の−Ｚ側の端部を保持する。そこで、ベース１２８が固定されていても、ミラー軸１２５は、Ｚ軸に平行な軸まわりに回転することができる。そして、ミラー軸１２５が回転すると、ミラーベース１２７及び２つの反射鏡１２６も、ミラー軸１２５の回転軸まわりに回転する。

図５に戻り、第１アダプタ１２３は、シャフト１２２の−Ｚ側端部に固定されている。そして、シャフト１２２が回転すると、第１アダプタ１２３も回転する。シャフト１２２の回転軸と第１アダプタ１２３の回転軸とは一致している。

第２アダプタ１２４は、ミラー軸１２５の＋Ｚ側端部に固定されている。

ここでは、一例として、第１アダプタ１２３及び第２アダプタ１２４は、アルミダイキャスト品である。なお、第１アダプタ１２３及び第２アダプタ１２４は、アルミダイキャスト品に限定されるものではない。

第１アダプタ１２３と第２アダプタ１２４は、互いにかみあっている。そこで、第１アダプタ１２３が回転すると、第２アダプタ１２４も回転し、そして、ミラー軸１２５が回転する。第２アダプタ１２４の回転軸とミラー軸１２５の回転軸とは一致している。

ところで、ミラーベース１２７の側板部の前記開口部は、第１アダプタ１２３と第２アダプタ１２４のかみあい部を外部から目視できる位置に形成されている（図４参照）。

なお、第１アダプタ１２３及び第２アダプタ１２４において、互いに面接触するように、例えば、角部に丸み付けを行うことが好ましい。

第１アダプタ１２３及び第２アダプタ１２４には、種々のものが考えられる。

図１２には、第１アダプタ１２３及び第２アダプタ１２４の具体例が示されている。

第１アダプタ１２３は、図１３に示されるように、ＸＹ平面に平行な長方形の平板部１２３ａと、該平板部１２３ａの長手方向の両端部から−Ｚ軸方向に延設された突起部１２３ｂとを有している。また、平板部１２３ａの中心部には、シャフト１２２が挿入される開口部１２３ｃが形成されている。

第２アダプタ１２４は、図１４に示されるように、ＸＹ平面に平行な長方形の板状部材であり、長手方向の両端部に切り欠き部１２４ａを有している。また、第２アダプタ１２４は、中心部に、ミラー軸１２５の＋Ｚ側端部が挿入される、いわゆる「ほぞ穴」１２４ｂが形成されている。

そして、第２アダプタ１２４の各切り欠き部１２４ａに、第１アダプタ１２３の突起部１２３ｂが挿入され、第１アダプタ１２３と第２アダプタ１２４とがかみあうようになっている（図１５参照）。

そこで、シャフト１２２とミラー軸１２５とが分離されていても、シャフト１２２の回転をミラー軸１２５に伝達することができる。

ところで、図１６には、従来の光偏向器１２０Ａが示されている。この光偏向器１２０Ａでは、ミラー軸１２５は、シャフト１２２に固定されている。すなわち、モータ１２１の回転はシャフト１２２を介してミラー軸１２５に伝達される。この場合、シャフト１２２の回転に偏心があると、ミラーベース１２７も偏心して回転することとなり、光の偏向方向に誤差が生じるおそれがあった。

なお、モータ軸の回転軸とシャフト１２２の回転軸と一致させるには、精度の高い加工が必要であり、加工費の増大やレーザ走査装置自体の複雑化を招くという不都合があった。

しかしながら、本実施形態の光偏向器１２０では、シャフト１２２とミラー軸１２５とが分離されているため、シャフト１２２の回転に偏心があっても、ミラーベース１２７は偏心なく回転することができる。すなわち、本実施形態の光偏向器１２０では、高コスト化を招くことなく、走査精度を向上させることができる。

図１７には、第２アダプタ１２４の変形例が示されている。このように、第２アダプタ１２４は円板状であっても良い。この場合は、第１アダプタ１２３の突起部１２３ｂを第２アダプタ１２４の切り欠き部１２４ａに容易に確実に挿入させることができる。すなわち、第１アダプタ１２３と第２アダプタ１２４とのかみあいを容易に確実なものにすることができる。そこで、組み付け工程にかかる時間を短縮することができる。

また、一例として図１８に示されるように、第１アダプタ１２３における各突起部１２３ｂが、平板部１２３ａの短手方向に関して対向する２つの突起部（１２３ｂ１、１２３ｂ２）に分割されていても良い。

そして、この場合、一例として図１９及び図２０に示されるように、第２アダプタ１２４の同じ切り欠き部１２４ａに挿入される突起部１２３ｂ１と突起部１２３ｂ２との間にばね１４０を配置し、突起部１２３ｂ１及び突起部１２３ｂ２が第２アダプタ１２４の切り欠き部１２４ａに接触する方向に付勢しても良い。

ところで、第１アダプタ１２３の突起部と第２アダプタ１２４の切り欠き部との間に隙間があると、回転動作中、第１アダプタ１２３と第２アダプタ１２４とが接触と乖離を繰り返すことにより音が発生する。しかしながら、突起部１２３ｂ１と突起部１２３ｂ２との間にばね１４０を配置すると、第１アダプタ１２３の突起部と第２アダプタ１２４の切り欠き部との間に隙間がなくなり、回転動作中に上記音が発生するのを防止できる。

また、一例として図２１及び図２２に示されるように、第１アダプタ１２３の突起部と第２アダプタ１２４の切り欠き部との間に摺動性の高い部材１４１を配置しても良い。この場合は、第１アダプタ１２３の突起部と第２アダプタ１２４の切り欠き部との間のガタツキを低減するとともに、第１アダプタ１２３の突起部と第２アダプタ１２４の切り欠き部とがこすれあうときに発生する音を低減することができる。摺動性の高い部材１４１の素材としては、ポリアセタール、ポリアミド、及びポリテトラフルオロエチレン等を用いることができる。

なお、第１アダプタ１２３の突起部と第２アダプタ１２４の切り欠き部との間に摺動性の高い部材１４１を配置するのに代えて、第１アダプタ１２３の突起部及び第２アダプタ１２４の切り欠き部の少なくとも一方に、摺動性を向上させる表面処理を行っても良い。

また、一例として図２３及び図２４に示されるように、第１アダプタ１２３の突起部と第２アダプタ１２４の切り欠き部との間に硬度の低い部材１４２を配置しても良い。この場合は、第１アダプタ１２３の突起部と第２アダプタ１２４の切り欠き部との間のガタツキを低減するとともに、第１アダプタ１２３の突起部と第２アダプタ１２４の切り欠き部とが接触するときに発生する音を低減することができる。硬度の低い部材１４２の素材としては、ポリアセタール及びシリコンゴム等を用いることができる。

また、第２アダプタ１２４に切り欠き部を形成するのに代えて、一例として図２５及び図２６に示されるように、断面がＶ字形状の溝を形成し、第１アダプタ１２３における突起部の先端の形状を台形状、あるいは円錐台形状としても良い。この場合は、第１アダプタ１２３は、第１アダプタ１２３における突起部の先端が、第２アダプタ１２４の溝に押し付けられるように、−Ｚ方向に付勢されて組付けられる。これにより、第１アダプタ１２３の突起部と第２アダプタ１２４の溝との間に隙間が無い状態で、第１アダプタ１２３と第２アダプタ１２４を回転させることができる。また、第１アダプタ１２３の突起部は、第２アダプタ１２４の溝に沿ってシャフト１２２の半径方向に摺動可能であり、これにより、シャフト１２２の回転に偏心があっても、該偏心がミラー軸１２５に伝わるのを抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態に係るレーザ走査装置１００によると、光源装置１１０及び光偏向器１２０等を備えている。この光偏向器１２０は、モータ１２１、シャフト１２２、第１アダプタ１２３、第２アダプタ１２４、ミラー軸１２５、２つの反射鏡１２６、ミラーベース１２７、ベース１２８などを有している。

そして、第１アダプタ１２３はシャフト１２２に固定され、モータ１２１が回転すると、シャフト１２２とともに回転する。また、第２アダプタ１２４は、ミラー軸１２５に固定され、第１アダプタ１２３とかみあっている。

この場合は、シャフト１２２とミラー軸１２５とが互いに分離していても、シャフト１２２の回転をミラー軸１２５に伝達することができる。そして、シャフト１２２が偏心を伴って回転しても、その偏心がミラー軸１２５に伝達することを抑制することができる。

そこで、シャフト１２２が偏心を伴って回転しても、反射鏡１２６を偏心なく回転させることができる。このように、簡便な構造で、高コスト化を招くことなく、走査精度を向上させることができる。

また、本実施形態では、第１アダプタ１２３と第２アダプタ１２４とのかみあい部を外部から視認するための開口部がミラーベース１２７に設けられている。これにより、第１アダプタ１２３と第２アダプタ１２４のかみあい状態を確認しながら組み付け作業を行うことが可能となる。すなわち、組み付け作業が容易となる。

上記実施形態のレーザ走査装置１００は、レーザ光を偏向するための光偏向器を備える装置、例えば、レーザレーダ装置に好適である。

１００…レーザ走査装置、１１０…光源装置、１１１…半導体レーザ、１１２…コリメートレンズ、１２０…光偏向器、１２１…モータ、１２２…シャフト、１２３…第１アダプタ（第１部材）、１２３ａ…平板部、１２３ｂ…突起部、１２３ｂ１，１２３ｂ２…突起部、１２３ｃ…開口部、１２４…第２アダプタ（第２部材）、１２４ａ…切り欠き部、１２４ｂ…ほぞ穴、１２５…ミラー軸、１２６…反射鏡、１２７…ミラーベース、１２７ａ〜１２７ｄ…側板部、１２７ｅ…ブロック部、１２８…ベース、１４０…ばね（弾性部材）、１４１…摺動性の高い部材、１４２…硬度の低い部材、１５０…保持部材。

特開２００６−２６７６１６号公報

Claims (8)

1. レーザ光を射出する光源装置と、前記光源装置から射出されたレーザ光を偏向する光偏向器とを備え、該光偏向器で偏向されたレーザ光によって対象物を走査するレーザ走査装置において、
   前記光偏向器は、反射鏡及び該反射鏡をミラー軸まわりに回転させるモータを含み、
   前記モータのシャフトに固定され、該シャフトとともに回転する第１部材と、
   前記ミラー軸に固定され、前記シャフトが回転すると、前記第１部材とかみあって前記ミラー軸と一体となって回転する第２部材とを更に含み、
   前記反射鏡は箱状のミラーベースに取り付けられ、
   前記第１部材及び前記第２部材は、前記ミラーベースの内部に設けられ、
   前記ミラーベースの一部に、前記第１部材と前記第２部材のかみあい部を目視できる開口部が設けられていることを特徴とするレーザ走査装置。
2. 前記第１部材及び前記第２部材の一方は、突起部を有し、他方は、前記突起部が挿入される受け部を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ走査装置。
3. 前記第１部材及び前記第２部材の前記他方は、円板形状であることを特徴とする請求項２に記載のレーザ走査装置。
4. 前記受け部に接する方向に前記突起部を付勢するための弾性部材を更に備えることを特徴とする請求項２又は３に記載のレーザ走査装置。
5. 前記突起部及び前記受け部は、互いに摺動可能であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載のレーザ走査装置。
6. 前記突起部及び前記受け部は、前記第１部材及び前記第２部材のいずれよりも硬度が低い部材を介して接していることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載のレーザ走査装置。
7. 前記受け部は、切り欠き部であることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載のレーザ走査装置。
8. 前記受け部は、溝部であることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載のレーザ走査装置。