JP2009048082A - バーコード読み取り装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化されたバーコード読み取り装置は、構成部品が小型であり、製造誤差や組み立て誤差が大きく影響し、レーザ光の出射光と戻り光の光路上に配置される出射絞り及び視野絞りの調整に手間が掛かっている。
【解決手段】光源手段から出射された出射光を走査ミラーに偏向する曲げミラーと、バーコードからの戻り光が入射され検出信号を生成するためのＰＤ視野絞りとバンドパスフィルタとフォトディテクタからなる検出ユニットとが、一体的で且つ回転可能にシャーシ部材に設けられ、曲げミラーとＰＤ視野絞りが走査平面に対する鉛直方向に配置され、さらに、曲げミラーの理想反射点ＫとＰＤ視野絞りとが同一鉛直軸上に揃えて配置され、且つ曲げミラーのシャーシ部材に対する回転中心もまた同一鉛直軸上に揃えられているバーコード読み取り装置である。
【選択図】図１Ｃ

Description

本発明は、バーコード等のシンボルにレーザ光を照射し、反射した戻り光を受光して、シンボルから情報を読み取るバーコード読み取り装置に関する。

一般に、バーコードは、バーコード読み取り装置によって読み取られ、記録された情報が生成される。バーコード読み取り装置は、レーザダイオード（ＬＤ）等のレーザ光源からレーザ光を走査するように照射し、反射した情報を含む戻り光（反射光）をフォトディテクタ（ＰＤ）等の受光素子で受光する。受光素子は、受光した戻り光を光電変換して２値化された検出信号を生成する。検出信号は、復号化されて情報として認識される。

ユーザは、読み取るべきバーコードを狙ってバーコード読み取り装置を向け、レーザ光を照射する。その戻り光を受光する際に、その場の環境により他の不要な周囲光、例えば照明光や太陽光が、戻り光に混入された場合には、ノイズが大きくなり、正しく情報が読み取れない事態が発生する。これを防止するバーコード読み取り装置として、例えば、特許文献１には受光面の範囲（透孔）以外を覆う遮光部を設けた構成が提案されている。また、この構成において、レーザダイオードから出射されたレーザ光は、コリメータレンズを通して平行光束に偏光され、絞り部により細いビーム状に成形された後、走査されて照射されている。このバーコード読み取り装置は、これらの透孔や絞り部を設けることにより、小径のレーザ光を照射し、且つ他の不要な周囲光の入射を防止して正しく情報を読み取っている。
特開２００２−１８３６５８号公報

前述した特許文献１に開示されるような絞りをバーコード読み取り装置に搭載するためには、配置位置や実装する工程に注意が必要である。つまり、部品（部材）は、製造時に寸法誤差や動作のバラツキを有しているため、組み付け作業を行う場合には、正確な検査と微妙な調整が必須となっている。特に、小型化されたバーコード読み取り装置は、部品自体も小型であるため、組み立てる際に、より配慮が必要である。このため、小型化されるほど組み立て作業は繁雑になり、検査及び調整に工数も掛かり、結果コストアップを招いている。

例えば、図１１には、レーザダイオードＬＤ１０１と受光素子ＰＤ１０２と偏向部材１０３との配置例を示している。ここでは、正面に照射される理想的なレーザ光の出射光と戻り光の光路（光軸）を有している場合のＬＤ出射絞り（絞り部）１０４とＰＤ視野絞り（透孔）１０５の配置状態を示している。尚、ＬＤ出射絞り１０４とレーザダイオード１０１の間には、コリメータレンズ１１１が配置され、視野絞り１０５と受光素子ＰＤ１０２の間には、バンドパスフィルタ１０６が配置されている。

前述したように実際の組み立て時には製造誤差が発生する。製造時に例えば、図１２に示すように、レーザダイオード１０１のレーザ光の光軸が偏向部材に斜めに入射するように取り付けられていた場合には、正面にレーザ光が照射されるように、偏向部材１０３を回転させて出射光軸を正面にする調整が必要である。この調整により、出射光の光軸が平行にオフセットされる。

戻り光は出射光と同一の経路をたどるため、このように出射光がオフセットした場合、戻り光の光軸にも同様にオフセットが発生する。本来であれば、ＰＤ視野絞り１０５は、戻り光の集光スポットサイズと同一な径とし、不要な周囲光を最大限に排除できる設計が望ましい。しかし、戻り光軸にオフセットが発生した場合に、オフセットした分だけＰＤ視野絞り１０５の位置を調整するための調整機構や調整作業を追加することは、組み立て工数の増加や、製品の大型化、コストアップを招くことになる。このため実際には、外乱光の遮蔽効果が減少する不利益が発生しても、ＰＤ視野絞り１０５の絞り径を大きくすることで、ＰＤ視野絞り１０５の調整機構や調整作業を廃止してしまっている。

また、レーザダイオード１０１の照射部の近傍にＬＤ出射絞り１０４及びコリメータレンズ１１１を配置した場合、それらを一纏めにした光源ユニットとしてのユニット設計が容易となる反面、焦点距離の短いコリメータレンズの採用により出射光軸の精度が悪くなる。そのため、出射光軸精度を改善するためには、レーザダイオード１０１の発光点から離れた位置にＬＤ出射絞り１０４及びコリメータレンズ１１１を配置し、かつ焦点距離の長いコリメータレンズ１１１を採用することが望まれている。

同様に、図１３には、偏向部材１０３が回転方向に角度誤差を有して固定され、出射光が正面を指向していない状態を示している。従って、出射光軸に応じて反射光の光軸にも角度誤差が発生して入射することとなる。このような状態においては、前述した場合と同様に、ＰＤ視野絞り１０５を大型化せざるを得ない。

加えて図１３の状態においては、戻り光がバンドパスフィルタ１０６に対して垂直に入射せずに、垂直な状態から角度誤差に基づく入射角度で入射している。一般的に、バンドパスフィルタ１０６は、多層膜コーティングによって所望の波長の光のみを通すように設計されているがバンドパスフィルタ１０６を透過する光の波長許容範囲は入射角に依存しており、入射角にばらつきが生じることが見込まれる場合には、透過波長範囲の広いフィルタを用いざるを得なくなる。この場合、不要な波長の光も混入することとなり、期待するほどのＳ／Ｎ比改善効果を得ることができない。

このように、従来のものにあっては、製造誤差を許容するために、ＰＤ視野絞り１０５の孔面積の小型化や、バンドパスフィルタの透過波長幅の狭小化といった光学ノイズ成分をカットする手段の効率に制約があった。すなわち、第１には出射光軸及び戻り光軸の変化が発生しにくい設計であることが望ましく、さらには部品誤差や出射光軸の調整によって発生した戻り光軸の変化に応じて受光手段も適切に調整することが読み取り性能向上のためには望ましい。この受光手段の調整は、調整作業が容易であることが望ましく、また製品小型化のためには調整単位となる可動部は小容積であることが望ましい。
そこで本発明は、容易な光軸調整により光軸精度が向上され、且つ読取性能が向上された小型化が可能なバーコード読み取り装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態は、上記目的を達成するために、光源手段と、前記光源手段から出射された出射光を偏向させる偏向面を有する偏向手段と、前記偏向手段によって偏向された出射光をバーコードに向けて出射及び走査させる走査手段と、前記バーコードからの戻り光を集光させる集光手段と、前記集光手段によって集光された戻り光を受光する受光手段と、前記偏向手段を支持する固定基部と、を備え、前記偏向手段は、回動調整可能に前記固定基部に支持されると共に、前記偏向手段の回動中心が前記偏向面上に一致するように、前記固定基部に支持されるバーコード読み取り装置を提供する。

本発明によれば、容易な出射光軸調整により光軸精度が向上され、且つ読取性能が向上された小型化が可能なバーコード読み取り装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１Ａは、第１の実施形態のバーコード読み取り装置の全体の外観構成を示す斜視図、図１Ｂは、側壁部分を点線で示し内部構成を示す斜視図、図１Ｃは、背面側から見た側壁部分を取り外した時の内部構成を示す斜視図である。実際に作成したバーコード読み取り装置の大きさは、外寸が例えば、略幅２１ｍｍ、奥行き１４ｍｍ、高さ１１ｍｍ程度の直方体形状である。

図１Ａに示すバーコード読み取り装置１は、外装となるハウジング２を有する。ハウジング２は固定基部としてのシャーシ部材２ａと、上蓋となる基板ユニット２ｂとで構成される。
シャーシ部材２ａは、後述するユニット及び部材を一体的にサポートし、また図示しない下面に外部機器に対する据付面を有している。このシャーシ部材２ａは、落下等の衝撃に耐え得る強度を有する、例えばアルミニウム等の金属部材により形成される。他にも、合金金属や硬質の樹脂を用いることもできる。シャーシ部材２ａ上には、主として、光源ユニット３と、曲げミラー１２と、受光絞り部２１と、走査ユニット６と、検出ユニット７が実装される。

基板ユニット２ｂには、後述する各ユニット及び構成部位の駆動及び信号処理を行うための制御回路や信号処理回路等が搭載される。
光源ユニット３は、光源手段としてレーザ光を出射するレーザダイオード（ＬＤ）９と、レーザ光を平行光化するコリメータレンズ１１と、レーザダイオード９及びコリメータレンズ１１を収容する収容部１０と、レーザ光を反射により偏向させて走査ユニット６に向かわせる偏向手段としての曲げミラー１２と、で構成される。

本実施形態においては、図１Ｃに示すように、曲げミラー１２と受光絞り部２１と検出ユニット７は、それぞれに作成され、一体的になるように１つに固着されている。
収容部１０には、レーザダイオード９から照射されてコリメータレンズ１１により平行光化されたレーザ光の光束断面を絞り、所望のスポットサイズに生成するＬＤ出射絞り１０ａが形成されている。レーザダイオード９は、例えば、ＤＶＤプレーヤ等で広く採用されている外形φ５．６ｍｍ、波長６５０ｎｍの仕様を用いることで、極めて安価でありながら視認性の高い光源を得ることができる。

この構成により、レーザダイオード９から照射されたレーザ光は、コリメータレンズ１１により平行光化され、ＬＤ出射絞り１０ａを通って所望のスポットサイズに形成され、さらに曲げミラー１２で反射して、走査ユニット６に出射される。
走査ユニット６は、走査ミラー１３に形成された平面鏡１３ｂと、走査ミラー１３の裏面側に設けられた回動軸１３ｃを回動可能に支持する支持部材１３ｄに取り付けられる磁石１４と、磁石１４に対して電磁力によって往復遥動を発生するコイル１５とで構成される。

走査ミラー１３には、凹形鏡面１３ａと、その略中央部に一体的に形成された走査手段としての平面鏡１３ｂとが形成されている。
走査ユニット６は、磁石１４とコイル１５で発生される電磁力によって走査ミラー１３が往復遥動する。そして、曲げミラー１２によって偏向されたレーザ光は、往復揺動する平面鏡１３ｂによって反射させられ、走査レーザ光として形成され、バーコードに向けて出射される。検出ユニット７は、走査ミラー１３に形成された集光手段としての凹形鏡面１３ａと、受光範囲決定手段としてのＰＤ視野絞り２１ａが形成された受光絞り部２１と、バンドパスフィルタ８と、フォトディテクタ（ＰＤ）１６と、で構成される。

基板ユニット２ｂに搭載された電子回路に含まれる制御部は、これらの各ユニット及び構成部位の駆動及び信号処理を行う。制御部は、光源ユニット３、走査ユニット６を制御し、検出ユニット７から得られたアナログ信号をバーコードの黒白情報に対応する２値化信号に変換し、コネクタ１７を通じて外部機器（情報処理）に出力する。

図１Ｂでは、シャーシの壁面部分を点線で示し、レーザ光として、一点鎖線が出射光路、二点鎖線が戻り光路を示している。出射された走査レーザ光は、図示しないバーコード面で反射して、戻り光として、走査ミラー１３の凹形鏡面１３ａに入射する。凹形鏡面１３ａは戻り光を集光させてフォトディテクタ１６に向けて照射する。ＰＤ視野絞り２１ａは、フォトディテクタ１６の直前に配置されることによって、戻り光のみを通過させ、凹形鏡面１３ａ方向以外から入射する外乱光をカットする。戻り光はＰＤ視野絞り２１ａを通過した後、バンドパスフィルタ８により所望の波長近辺の光のみを通過されて、フォトディテクタ１６に受光される。

図１Ｂ，１Ｃからも分かるように、基本的には出射光軸と同一の光路を辿って光は戻ってくるため、例えば、各コンポーネントを平面的に配置した場合、光源ユニット３と検出ユニット６は、互いに光路を遮断しあうことになる。これを回避するために、一般的には、プリズム等の光路分配器を用いるといった対策が行われている。

本実施形態では、出射光軸平面と戻り光軸平面をシャーシの実装面における高さ方向にオフセットさせる。即ち、光源ユニット３（出射要素）と検出ユニット６（光電変換要素）を階層的に配置することにより、光路分配器等の追加をせずに解決している。尚、ここでは、出射要素は、コリメータレンズ１１と曲げミラー１２とＬＤ出射絞り１０ａとを示唆し、光電変換要素は、ＰＤ視野絞り２１ａと、バンドパスフィルタ８と、フォトディテクタ（ＰＤ）１６とを示唆している。これらの部材を階層的に配置することにより、実装面積を増加させることなく、反対に実装面積を減じさせる効果も実現できる。また、走査ユニットは、実施形態における要素ではなく、公知なものを採用すればよい。

本実施形態におけるレーザ光の戻り光は、バーコード面で反射して、走査ミラーの凹形鏡面１３ａに入射して集光され、且つフォトディテクタ１６に向けて偏向される。偏向された戻り光は、ＰＤ視野絞り２１ａを通過して、外乱光を排除し、バンドパスフィルタ８を通過して予め定められた波長の光のみをフォトディテクタ１６に導く。

この構成により、戻り光は、出射光とほぼ同一の経路を辿ってくるため、予想される入射範囲以外からの外乱光をＰＤ視野絞り２１ａによって遮断することが可能である。さらにバンドパスフィルタ８は、光源ユニット３が照射したレーザ光と異なる波長の光すなわち、ノイズ成分を遮断することにより、信号処理回路に入力される信号のＳ／Ｎ比を改善することができる。

本実施形態において、曲げミラー１２の下部中央には、曲げミラー１２の偏向方向を調整するための回転調整軸２２が設けられている。この回転調整軸２２は走査平面（走査ミラー１３からバーコードに向けて出射されるレーザ走査光の走査方向を含む平面）に対する鉛直方向と平行な軸ｍを回転中心軸として持っている。シャーシ部材２ａには、回動可能に回転調整軸２２と嵌合する軸受け穴２３が設けられている。また、曲げミラー１２の上方には検出ユニット７（受光絞り部２１、バンドパスフィルタ８及びフォトディテクタ１６）が固定されている。ここでは、図１Ｃに示すように、曲げミラー１２と受光絞り部２１が走査平面に対する鉛直方向（軸ｍの方向）に沿って配置されている。さらに、曲げミラー１２の反射面１２ａ上の理想反射点Ｋと、ＰＤ視野絞り２１ａとが軸ｍ上に一致するように揃えて配置され、且つ曲げミラー１２のシャーシ部材２ａに対する回転中心もまた軸ｍ上に一致させて揃えられている。

図３Ａは、本実施形態の特徴を理解するために、曲げミラー１２の回転調整による出射光軸のオフセット量について説明するための図である。ここでは、曲げミラー１２の回転調整軸２２の回転調整中心軸ｍと、曲げミラー１２の反射面１２ａ上の理想反射点Ｋとが一致するように、曲げミラー１２が配置されている。点線で示したのが理想的な曲げミラー１２の配置及び出射光路であり、これに対して実線は、光源から出射された光が角度θの誤差を持っていたために、曲げミラーをθ／２だけ回転させて出射光軸を補正した場合を示している。この配置において、回転調整による出射光軸のオフセット量Ｌ１は、点線で示す光路から実線で示す光路までの移動量となる。

これに対して図３Ｂには、曲げミラー１２の回転調整中心軸ｍが曲げミラーの理想反射点Ｋよりも後方に位置する場合の回転調整による出射光軸のオフセット量Ｌ２を示す。このオフセット量Ｌ２は、回転調整中心軸ｍが理想反射点Ｋから離れると、回転調整中心軸ｍと理想反射点Ｋとが一致するときのオフセット量Ｌ１よりも大きくなる。

以上のことから、曲げミラー１２の理想反射点Ｋと、回転調整中心軸ｍとが一致するように、回転調整中心軸ｍを設定することで、曲げミラー１２の回転調整による出射光軸のオフセット量を効果的に抑制することが可能となる。光学部品のばらつきや出射光軸の調整によって、実際の戻り光軸が理想的な戻り光軸に対して大きなオフセット量が発生する場合、従来であれば、このオフセット量を考慮してＰＤ視野絞り２１ａを集光スポット径よりも大きめに設定する必要があった。

これに対して本実施形態では戻り光軸のオフセット量を最小限に抑えられるので、ＰＤ視野絞り２１ａの径を最小限に小型化することが可能となり、外乱光の入射を効率的に抑えることができる。また、曲げミラー１２と受光絞り部２１を鉛直軸上に配置することで、レーザダイオード９とフォトディテクタ１６とを同一鉛直軸上に配置した構成と比較して、製品の高さ方向の小型化にも寄与する。
また、本実施形態の第１の変形例として、ＰＤ視野絞り２１ａをフォトディテクタ１６のフォトディテクタの受光面に置き換えた場合においても、同様な効果を得ることができる。

次に、第２の実施形態について説明する。
図２には、第２の実施形態のバーコード読み取り装置を背面側から見た側壁部分を取り外した時の内部構成を示す分解斜視図である。ここでは、走査ユニットは発明の要旨ではないため、記載を省略するが、実際には搭載されている。尚本実施形態の構成部位で前述した第１の実施形態における構成部位と同じ部位には、同じ参照符号を付して、説明を省略する。

本実施形態では、曲げミラー１２とＰＤ視野絞り２１は、一体的に１つの不透明なモールド部品で成形されている。曲げミラー１２の反射面１２ａには、金蒸着等の反射膜コーティングを施している。また反射面の形成には、別体のガラスミラーを貼り付けても構わない。ＰＤ視野絞りの後方にはバンドパスフィルタ８が固定されており、バンドパスフィルタ８はＰＤ視野絞りと一体的に振舞う。

曲げミラー・視野絞り一体部材３０の下面には、回転調整の中心を定める回転調整軸３１が設けられている。また、シャーシ部材２ａには、回転調整軸３１に嵌合する孔３１ａが設けられており、製造時に曲げミラー・視野絞り一体部材３０をシャーシ部材２ａ上で回転させて調整を行うことができる。出射光軸調整完了後には、曲げミラー・視野絞り一体部材３０は、接着材によってシャーシ部材２ａに永久固定される。尚、固定手段はビス止めであっても構わない。

図４は、本実施形態の特徴を理解するために、走査ミラーの誤差に起因する出射光軸誤差を、曲げミラーの回転調整によって補正した際に生じる、戻り光の受光部への入射角変化について説明した模式図である。点線で示したのが理想的な曲げミラー、走査ミラー、受光部（受光絞り２１、バンドパスフィルタ８、フォトディテクタ１６）の配置及び出射光路であり、これに対して実線は、走査ミラーが角度誤差を持っていたために、曲げミラー・受光部一体部材を回転させて出射光軸を補正した場合を示している。なお、説明の便宜上、走査ミラーは、凹形鏡面を平面とみなし、かつ平面鏡面と凹形鏡面とを同一平面上に構成したものとする。

実線で示した光路が示すように、走査ミラーの回動方向の誤差による出射光軸の角度ずれを、曲げミラー１２を回動させることで補正すると、その副作用として戻り光の受光部への入射角に変化が生じる。しかしながら、本実施形態では、受光部は、曲げミラー１２と一体的に構成され、曲げミラー１２の回動量と同等量だけ回動しているため、戻り光の受光部への入射角の変化はほとんど生じない。従って、フォトディテクタ１６の直前に配置されているバンドパスフィルタ８への戻り光の入射角のばらつきが抑えられ、バンドパスフィルタの透過波長幅を、より狭小に設計することができ、結果として不要な波長の光をカットしてＳ／Ｎ比を改善するという本来のバンドパスフィルタの効果を最大限に得ることができる。また、曲げミラー１２と受光部を一体的に構成することで、レーザダイオードとフォトダイオードを一体的に構成した場合と比較して、調整可動部組の小型化が可能となり、製品全体の小型化にも寄与する。 このように、本実施形態によれば、前述した第１の実施形態の効果に加えて、曲げミラー１２と受光絞り部２１（ＰＤ視野絞り２１ａ）を１つのモールド部材として成形することにより、軸調整が極めて容易になり、調整単位となる可動部組の小型化が実現できる。

次に、第３の実施形態について説明する。
図５は、本実施形態におけるバーコード読み取り装置に搭載されるガルバノミラーを用いた走査ユニットの外観構成を示す斜視図であり、図６は、走査ユニットの分解斜視図を示している。

走査ユニット３１は、シャーシ部材２ａに搭載され、電磁駆動によって所望の周波数で往復遥動する走査ミラー３２が設けられている。走査ミラー３２の往復遥動により、その走査ミラー３２の略中央に設けられた平形鏡面３２ｂが水平左右方向に振れる。図示しない光源ユニットから出射されたレーザ光は、平形鏡面３２ｂに入射し反射される。レーザ光は往復揺動する平形鏡面３２ｂによって反射されることで、平形鏡面３２ｂの揺動角度の範囲内で走査する走査レーザ光として機外に出射される。機外に出射された走査レーザ光は、バーコードを横切るように照射され、バーコード面上で反射し、戻り光として走査ミラー３２の凹形鏡面３２ａに入射される。この戻り光は、前述したように、凹形鏡面３２ａで集光されて、ＰＤ視野絞りを通過しバンドパスフィルタを透過してフォトディテクタに入射し、光電変換により検出信号が生成される。

この走査ユニット３１において、矩形の突起部３４ａが設けられた固定端保持部材３４はシャーシ部材２ａ（図１Ｃ参照）に固定される。図６に示すように、固定端保持部材３４には、突起部３４ａの上下面にギャップを空けて挟み込むようにＵ字型の可動端保持部材３６が支持バネ３７によって連結されている。後述するように支持バネ３は、突起部３４ａの先端面３４ｂと可動端保持部材３６のＵ字底面３６ａを連結している。また、可動端保持部材３６の先端には、走査ミラー３２が固定されている。可動端保持部材３６の外周には、矩形枠形状の駆動コイル３５が嵌合される。

一方、Ｕ字型形状をしたヨーク３３もまたシャーシ部材２ａに対して固定されており、ヨーク３３の両内側にはそれぞれマグネット３８が取り付けられ、その間隙に一方向の磁界を有した磁気回路を形成している。前述の走査ユニット３１の駆動コイル３５はギャップを空けてその間隙に挿入されるように配置されている。ヨーク連結部３３ａの中央には、変位規制軸受け孔３３ｂが形成され、走査ミラー３２の背面側（凹形鏡面３２ａの裏面側）に設けられた回動軸３２ｃがギャップを空けて嵌め込まれている。
尚、本実施形態の走査ユニット３１においては、走査ミラー３２、駆動コイル３５及び可動端保持部材３６が一体的に揺動する可動部となる。

以下に、走査ユニット３１の各構成部位について詳細に説明する。
図７は、走査ユニット３１の水平断面図であり、図８は、走査ユニット３１の垂直断面図である。図９は、固定端保持部材３４に可動端保持部材３６を連結する支持バネ３７の構成を示している。

図７に示すように、２本の金属板バネからなる支持バネ３７（３７ａ，３７ｂ）は、固定端保持部材３４と可動端保持部材３６をそれぞれに両端で支持する。実際には、これらの両保持部材３４，３６間を支持バネが懸架するように一体的にインサート成形されている。本実施形態の支持バネ３７は、金属材料として、バネ用ベリリウム銅の薄板をエッチングまたはプレス加工して形成される。従って、支持バネ３７は、一般的なステンレス等の他のバネ用金属材料と比べて、材料の伸びや半田付け性に優れるという特徴を持っている。

固定端保持部材３４及び可動端保持部材３６には、射出整形用樹脂材料のなかでも線膨張係数がベリリウム銅に比較的近く、はんだ付けに耐え得る耐熱性、微細形状を形成するための流動性、良好な絶縁性を有するＬＣＰを用いる。ＬＣＰを用いることにより、後述する給電部材（配線）としても機能する支持バネ材料との組み合わせに配慮している。図６及び図９に示すように、支持バネ３７の一部は、接続端子（基板ユニット半田付け用リード端子３７ｃ、コイル端末半田付け用リード端子３７ｄ）として固定端保持部材及び可動端保持部材からそれぞれ露出しており、それぞれ基板ユニット２ｂと駆動コイル３５との電気的接続を可能にしている。

本実施形態の支持バネ３７及び固定端保持部材３４と可動端保持部材３６は、シート状に形成された支持ばね３７を樹脂成形型内にセットしてインサート成形する際のアンダーカットを無くし、容易にインサート成形可能な形状である。さらに、図９に示すように、これらの支持バネ３７の間には、それぞれの支持バネ３７と一体的に形成され、且つ端部が所定の間隔をもって隔たれた梁部３９ａ，３９ｂが設けられており、この間隔部分に一定の粘度を有したダンパー剤４０を塗布することで振動減衰を高めるダンパー機能を果たしている。
本実施形態では、導電体からなる支持バネ３７は、駆動コイル３５への給電機能も兼ねるため、少なくとも２本の支持バネ３７ａ，３７ｂを設けている。

なお、図１０に示す変形例のように、駆動コイル３５に給電するための配線を別途、設ける構成であれば、１本の幅広の支持バネ４１とし、２本の導電用金属線４２ａ，４２ｂを支持バネの上下に平行に配置して一体的に形成してもよい。この場合、導電用金属線４２ａ，４２ｂは、支持部材としての機能を発揮できないほどに剛性は低下する。また、支持バネ３７とはまったく別の箇所において独立したフレキシブルケーブル等で基板ユニット２ｂと駆動コイル３５とを電気的接続してもよい。このように支持ばねとは別途、コイルへの給電目的の配線部材を設ける場合には、支持バネは導電体でなくとも構わない。

駆動コイル３５は、図７に示すように枠内が可動端保持部材３６のツバ部分３６ａに当接するまで嵌め込まれている。駆動コイル３５は、融着マグネットワイヤを可動端保持部材３６に嵌め込めるように矩形の枠状に巻いて形成されている。駆動コイル３５の巻き線の両端は、リード端子３７ｄにそれぞれ半田付けされ、支持バネ３７を通じて基板ユニット２ａからの所望の駆動信号が印加される。走査ミラー３２の背面には枠部が形成され、可動端保持部材３６の先端がその枠部に嵌合して固定されている。

本実施形態では、可動部（走査ミラー３２、コイル３５及び可動端保持部材３６）の小型化及び軽量化を図るために、走査ミラー３２に樹脂成型ミラーを用いている。また、走査ミラー３２の反射面には高い反射率を実現するために金蒸着のコーティングが施してある。さらに、駆動コイル３５の中心軸に直交し、且つ支持バネ３７のたわみ変形による可動部の揺動動作の中心軸の軸方向とは一致しない方向に、２つのマグネット３８が駆動コイル３５を挟むようにして向かい合って配置されている。それぞれのマグネットの背面を連結するようにＵ字型のヨーク３３が設けられ、閉磁気回路を形成している。

このように構成された走査ユニットは、図７及び図８に示すように、駆動コイル３５に電流を流すことで、２つの対向したマグネット３８によって形成された磁気ギャップを横切るコイル２辺の導線部にＺ方向で逆向きの力を発生させて、可動部全体をＹ軸周り（水平方向）に揺動させる。

通常、バーコード読み取り装置では、バーコードに対向する走査開口面の開口面積に対してほぼ匹敵する、可能な限り大きな集光ミラーもしくは集光レンズを配置し、より多くの戻り光を取り込むことが最も重要である。また、携帯機器への搭載の際には、低消費電力性能が求められ、駆動コイル３５の容量も犠牲にはできない。さらに、連続駆動による繰り返し負荷や、特に携帯機器へ搭載した際に問題となる落下衝撃による負荷のかかる支持バネ部分の長寿命化・高耐久性を追求した場合、バネ部分の自由長も一定以上を確保する必要がある。

そこで本実施形態のように駆動コイル３５の枠内を通すように支持バネ３７を配置することによって、走査ミラーの外形以上にはみ出すことなく自由長の長い支持バネ３７を設置するスペースを生み出し、且つ走査ミラー３２と同等高さのコイル容量も確保した部品配置を実現可能としている。

加えて、本実施形態では、走査ミラー３２と駆動コイル３５の質量は略同一になるように設計されており、図７に示す走査ユニットの水平断面図のように、両者は平行かつ一定の距離を持って可動側に接続されている。そのため、可動部の重心は、両部材の略中央に位置し、さらに、この点に支持バネ３７の自由長の中心位置をあわせることで、可動部駆動時のバネのたわみ変形の回転中心、可動部の重心、慣性主軸が同一軸上に揃えられ、しかるにこの可動部はこの軸に関して静バランス・動バランスがとれるようになっている。さらに、前述の走査ミラー・駆動コイル間隔と支持バネ自由長をほぼ同じ長さに設定し、支持バネの自由端を走査ミラー背面に固定し、固定端をコイルの略中央に配置することで、静バランス・動バランスのとれた同一軸設計を実現することが容易となっている。

加えて本実施形態では、この軸に一致する位置において、走査ミラー３２から上下方向に回動軸３２ｃを伸ばし、それぞれシャーシ部材２ａ及びヨーク連結部３３ａに設けられた変位規制用軸受け孔３３ｂにギャップを空けて回動可能に嵌め込まれている。

このような軸受け構造により、落下等によるＸ方向もしくはＺ方向の衝撃が加わった際に、支持バネが塑性変形しないように予め設けたギャップの範囲でＸ方向及びＺ方向の可動部の変位を規制する。さらに、軸受け位置を回転駆動時にぶれの少ない揺動動作の中心位置とすることによって、もっとも最小のギャップ量で、この規制機能を実現する。

回動軸は、走査ミラーに設けてもよいし、可動端保持部材に設けてもよい。または、別体からなる別部材を可動端保持部材に取り付けても構わない。また、軸受け孔３３ｂは、軸の片側だけでも一定の効果を得られるが、本実施形態のように上下両端に回動軸３２ｃを設けて、それぞれに軸受け構造を設けることが最も望ましい。

本実施形態では、コイル、マグネット及びヨークで構成される磁気回路部の横幅が、走査ミラーの横幅よりも狭くなるように設計されている。これによって、図１Ｂに示すように、走査ミラー３２をシャーシ部材２ａの正面に対して斜めに配置した場合、モジュール角部のスペースを有効に活用することができる。また前述したように、ヨーク連結部が、走査ユニットの背面方向ではなく、回転軸を横切るように走査ユニットの上方ないし下方を迂回して配置されていることも、バーコード読み取り装置の薄型化、モジュール角部への設置の容易さに寄与している。

以上のことから、本実施形態によれば、小型化と、走査ミラーの揺動動作の安定、及び高耐久性を持つ走査ユニットを実現する。さらに、小型携帯機器に搭載する場合に、機器のサイズや走査ミラーサイズ、コイル容量を犠牲にせずに、且つ支持バネの自由長を長くとることを可能にする。

本実施形態は、以下の発明を含んでいる。
（１）少なくとも光学素子とコイルを有する可動部と、
支持部材を有し、
前記支持部材の一端が前記可動部に保持、他端が固定部材に保持され、
前記支持部材は前記固定部に対して前記可動部を傾き可能に支持し、
かつ前記可動部に配置された前記コイルは中空部を有し、
前記支持部材は前記コイルの中空部に游挿されたことを特徴とする走査ミラー。
（２）前記（１）項において、前記可動部は軸周りに回動し、
前記光学素子と前記コイル間に前記軸が配置されている。
（３）前記（１）項において、前記光学素子に対して前記コイルは前記可動部の前記軸に関してカウンターバランスである。
（４）前記（１）項において、前記コイルに協動する磁気回路が前記支持部材に対して垂直方向に配置され、かつ前記磁気回路は前記軸に対してオフセットしている。
（５）前記（１）項において、前記軸位置であって前記支持部材の前記軸方向に、前記可動部の変位規制部材が配置されている。
（６）前記（１）項において、前記可動部の前記光学素子と前記コイルは可動側保持部材によって前記支持部材の一端に保持され、前記可動側保持部材は前記支持部材に平行な面が開放されている。

図１Ａは、第１の実施形態のバーコード読み取り装置の全体の外観構成を示す斜視図である。 図１Ｂは、側壁部分を点線で示し内部構成を示す斜視図である。 図１Ｃは、背面側から見た外装部材（壁面部分）を取り外した時の内部構成を示す斜視図である。 図２は、第２の実施形態のバーコード読み取り装置を背面側から見た側壁部分を取り外した時の内部構成を示す分解斜視図である。 図３Ａは、曲げミラー面に回転軸がある回転調整による出射光軸のオフセット量について説明するための図である。 図３Ｂは、曲げミラー面の後方に回転軸がある回転調整による出射光軸のオフセット量について説明するための図である。 第２の実施形態の曲げミラーの回転調整における戻り光の受光部への入射角変化について説明するための模式図である。 図５は、第３の実施形態におけるバーコード読み取り装置に搭載される走査ユニットの外観構成を示す斜視図である。 図６は、第３の実施形態における走査ユニットの分解斜視図を示す図である。 図７は、第３の実施形態における走査ユニットの水平断面図である。 図８は、第３の実施形態における走査ユニットの垂直断面図である。 図９は、第３の実施形態における支持バネの構成を示す図である。 図１０は、第３の実施形態における変形例として支持バネの構成を示す図である。 図１１は、従来のスキャナ装置の構成例を模式化して示す図である。 図１２は、従来のバーコード読み取り装置で製造時にレーザ光源の取り付け誤差が発生した時の調整について説明するための図である。 図１３は、従来のバーコード読み取り装置で製造時に曲げミラーに回転誤差が発生した時の戻り光軸ずれについて説明するための図である。

符号の説明

１…バーコード読み取り装置、２…ハウジング、２ａ…シャーシ部材、２ｂ…基板ユニット、３…光源ユニット、６…走査ユニット、７…検出ユニット、８…バンドパスフィルタ、９…レーザダイオード（ＬＤ）、１０…収容部、１０ａ…ＬＤ出射絞り、１１…コリメータレンズ、１２…曲げミラー、１３，３２…走査ミラー、１３ａ，３２ａ…凹形鏡面、１３ｂ，３２ｂ…平面鏡、１３ｃ…回動軸、１３ｄ…支持部材、１４…磁石、１５…コイル、１６…フォトディテクタ（ＰＤ）、１７…コネクタ、２１…受光絞り部、２１ａ…ＰＤ視野絞り、３０…曲げミラー・視野絞り一体部材、３１…回転調整軸、３２ａ…走査ミラー面（凹形鏡面）、３２ｂ…出射用ミラー部、３３ａ…ヨーク連結部、３４…固定端保持部材、３４ａ…矩形の突起部、３４ｂ…先端面、３５…駆動コイル、３６…可動端保持部材、３６ａ…Ｕ字底面、３７，３７ａ，３７ｂ，４１…支持バネ、３７ｃ…基板ユニット半田付け用リード端子、３７ｄ…コイル端末半田付け用リード端子３７ｄ、３８…マグネット、３９ａ，３９ｂ…梁部、４０…ダンパー剤、４２ａ，４２ｂ…導電用金属線。

Claims (7)

1. 光源手段と、
   前記光源手段から出射された出射光を偏向させる偏向面を有する偏向手段と、
   前記偏向手段によって偏向された出射光をバーコードに向けて出射及び走査させる走査手段と、
   前記バーコードからの戻り光を集光させる集光手段と、
   前記集光手段によって集光された戻り光を受光する受光手段と、
   前記偏向手段を支持する固定基部と、
   を備え、
   前記偏向手段は、回動調整可能に前記固定基部に支持されると共に、
   前記偏向手段の回動中心が前記偏向面の延出上に一致するように、前記固定基部に支持されることを特徴とするバーコード読み取り装置。
2. 請求項１の前記バーコード読み取り装置において、
   前記受光手段に入射する戻り光路中に配設させる受光範囲決定手段をさらに有し、前記受光範囲決定手段を前記偏向手段の回動中心軸上にオフセットして配置することを特徴とするバーコード読み取り装置。
3. 請求項２の前記バーコード読み取り装置において、
   前記受光範囲決定手段は受光手段用の視野絞りであることを特徴とするバーコード読み取り装置。
4. 請求項３の前記バーコード読み取り装置において、
   前記視野絞りにバンドパスフィルタが固定されていることを特徴とするバーコード読み取り装置。
5. 請求項２の前記バーコード読み取り装置において、
   前記受光範囲決定手段は受光手段の受光面であることを特徴とするバーコード読み取り装置。
6. 請求項２の前記バーコード読み取り装置において、
   前記受光範囲決定手段と偏向手段とは一体に構成されており、前記受光範囲決定手段は偏向手段の回動に伴い回動することを特徴とするバーコード読み取り装置。
7. 請求項６の前記バーコード読み取り装置において、
   前記受光範囲決定手段と偏向手段とは一体的にモールド成形されて構成されていることを特徴とするバーコード読み取り装置。

Images