For LiDAR scanning solution ポリゴンミラー&ポリゴンレーザスキャナ 特集 Vol.3
For LiDAR scanning solution ポリゴンミラー&ポリゴンレーザスキャナ Vol.3
Chapter 10 New!
ミラー薄型化の推奨②「技術的アプローチ」 New!
レーザプリンタ内のヘッドにおけるポリゴンミラーのレーザ走査のイメージを右上記のアニメーションで示します。
レーザ走査を用いるアプリケーションには、その生産性にポリゴンミラーの厚みが大きく影響しますが、生産コストの低減にミラーの薄型化が極めて有効であることは、事務機器において証明されています。同業界では長年の技術革新によって、格段にミラー薄型化が図られてきました。具体的には光学系の工夫によるところが大きく、、参考までに以下、ミラーが徐々に薄型化していくまでの過程を技術の変遷とともに紹介していきます。
なお、以下の各解説で掲載しています図は全て、レーザプリンタのヘッドの構造を上からのアングルで見たイメージになりますが、技術的な工夫点を分かりやすく捉えられますよう、実際のものよりかなりデフォルメしたものにしておりますので、予めご承知ください。
1. ポストオブジェクティブ光学系
「コリメータレンズ」の採用・配置。
回転ミラーの上流側にコリメータレンズを配置することで、レーザダイオードが発射する拡散レーザを平行レーザにすることができます。一方で、ミラーにより走査されたレーザは焦点が円弧上になりますので(下図参照)、事務機器のように平面へのレーザの結像が必要な場合は、焦点距離を大きくとらないと、感光ドラムの中央部と端部ではレーザの焦点が合いません。その分、レーザ径を大きくとらざるを得なくなり、この段階ではまだ厚いミラーが必要となります。
回転ミラーの上流側にコリメータレンズを配置することで、レーザダイオードが発射する拡散レーザを平行レーザにすることができます。一方で、ミラーにより走査されたレーザは焦点が円弧上になりますので(下図参照)、事務機器のように平面へのレーザの結像が必要な場合は、焦点距離を大きくとらないと、感光ドラムの中央部と端部ではレーザの焦点が合いません。その分、レーザ径を大きくとらざるを得なくなり、この段階ではまだ厚いミラーが必要となります。
2. プリオブジェクティブ光学系
「fθ(エフシータ)レンズ」の採用・配置。
fθ レンズは、ミラーの等速回転運動を、焦点平面状を動くスポットの等速直線運動に変換し、レーザの走査速度を一定にする働きがあります。これにより、回転ミラーによる折り返し後のレーザの結像面をフラットにできるようになりましたので、焦点距離を短縮することが可能となり、ミラー面の厚みも薄くすることができました。
fθ レンズは、ミラーの等速回転運動を、焦点平面状を動くスポットの等速直線運動に変換し、レーザの走査速度を一定にする働きがあります。これにより、回転ミラーによる折り返し後のレーザの結像面をフラットにできるようになりましたので、焦点距離を短縮することが可能となり、ミラー面の厚みも薄くすることができました。
3. 倒れ補正光学系の付加
一軸方向のみに集光する光学系(シリンドリカルレンズ)をミラー上流側に配することにより、もともとミラー面の垂直度のばらつきを光学的に補正するのを目的としたものでしたが、その副次効果として、一度、ミラー面上でレーザを水平線状に結像することにより、格段にミラーの厚みを薄くできるようになりました。技術的にもミラー薄型化に資する大きな分岐点と捉えられます。
4. 非球面レンズによる広角走査
基本的に曲面側で球面形状をとる前出のfθ レンズは、走査範囲が狭くなるデメリットもありましたが、、レンズを非球面化する光学技術をもって広い走査角を担保できるようになりました。これにより、焦点距離がさらに短くなり、ポリゴンミラーの寸法も小さくできるようになりましたので、ミラー薄型化をますます促進することができました。プリンタ自体の小型化にも、少なからず寄与しています。
LiDAR 用途でのミラー薄型化のススメ
以上から、LiDAR におきましても、ポリゴンミラーの薄型化が実現できれば、生産性の向上に繋がり、低コスト化に寄与しますので、将来の普及に向け、ますます期待が膨らみます。
ミラー薄型化には、同時ににLiDARR開発においても、レーザダイオードの精度や光学系技術の応用などが求められると思いますが、、当社は外販用で世界No.1の供給実績を誇る事務機器向け薄型ポリゴンミラーでも多くの実績がありますので、上記した事務機器における技術変遷の例を参考に、LiDARRにおいてもポリゴンミラー薄型化を是非ご検討ください。
LiDAR用ポリゴンミラー
LiDAR用ポリゴンミラー
事務機器用ポリゴンミラー
事務機器用ポリゴンミラー
ー 以上 ー