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JP3219123B2 - ２次元光走査装置及びそれを用いたバーコード読取装置 - Google Patents

２次元光走査装置及びそれを用いたバーコード読取装置

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JP3219123B2
JP3219123B2 JP26258394A JP26258394A JP3219123B2 JP 3219123 B2 JP3219123 B2 JP 3219123B2 JP 26258394 A JP26258394 A JP 26258394A JP 26258394 A JP26258394 A JP 26258394A JP 3219123 B2 JP3219123 B2 JP 3219123B2
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torsional
external force
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英昭 西川
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Denso Corp
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Publication date
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    • G02—OPTICS
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    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • G02B26/085—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting means being moved or deformed by electromagnetic means

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  • Optics & Photonics (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光を走査光に変
換すると共に、その走査方向を２次元的に変化させるこ
とができる２次元光走査装置に関するものである。ま
た、この２次元光走査装置を採用することによって、バ
ーコード記号の多方向読取、多段バーコード読取、２次
元バーコード読取を可能にしたバーコード読取装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年、バーコードリーダは、スーパーマ
ーケット等のＰＯＳ分野、物流分野など様々な分野で幅
広く利用されている。また、バーコードラベルも小型の
物から大型の物まで様々な物が使用されている。そし
て、バーコードリーダにおいて、読取方式で分類した場
合、ライトペン方式、ＣＣＤイメージセンサ方式、レー
ザ走査方式などがある。
【０００３】この中でレーザ走査方式のバーコードリー
ダは、バーコードリーダとバーコードラベルとの間を離
して読むことができる遠隔読取が可能であるとともに、
距離の調節により小型のバーコードラベルから大型のバ
ーコードラベルまで読取りが可能であるという利点から
幅広く利用されている。そして、このレーザ走査方式の
バーコードリーダは、利用形態で分類すると設置型と手
持型とに分類することができ、また、走査方式で分類す
ると１次元走査型と２次元走査型に分類することができ
る。さらに、２次元走査型においては、多方向走査型
（以下マルチ走査型）とラスタ走査型に分類することが
できる。
【０００４】まず、１次元走査型は、１方向のみの走査
のため、バーコードリーダをバーコードラベルの向きに
合わせるか、バーコードラベルの向きをレーザ光の走査
方向に合わせて読取りを行う必要がある。この方式は、
走査機構が比較的単純で小型化に適するため、主に手持
型に採用されている。一方、２次元走査型のうちマルチ
走査型は、レーザ光を多方向に走査させるため、様々な
向きのバーコードラベルを読取ることができ、バーコー
ドリーダの向き、またはバーコードラベルの向きを意識
的に走査方向に合わせなくても読取りができるという利
点がある。また、２次元走査型のうちラスタ走査型は、
面内の情報を２次元的に把握することができ、近年需要
が増加しつつある２次元バーコードの読取りには必要不
可欠である。しかし、これら２次元走査を行うには、走
査機構が比較的複雑かつ大型化するため、手持型での採
用は難しく、その採用はまだ少ない。
【０００５】そこで、近年、単純化、小型化を目指した
新しい２次元走査機構として、特表平４−５０５９６９
号公報に記載されるように、４個の圧電バイモルフを共
振させ、それらの相対運動を利用してミラーを振動させ
る方法が提案されている。しかし、この公報に記載のも
のでは、１個のミラーをゴムのベアリングを利用して４
個のバイモルフに連結させているため構造的に弱いこと
が考えられ、また、圧電バイモルフそのものの共振を利
用しているため走査角を大きく取ると圧電バイモルフが
脆性破壊してしまうと思われる。また、圧電バイモルフ
の共振周波数は、非常に高く２ｋＨｚ程度と考えられ、
この速度で光ビームを走査した場合、受光信号処理には
高速信号処理ができる回路が必要となり、手持型のバー
コードリーダにおいて、この高速信号処理できる回路を
格納することは、現在の技術レベルでは困難と考えられ
る。
【０００６】そこで、特開平４−１４０７０６号公報に
記載されるように、曲げとねじりの２自由度の振動モー
ドを持つ弾性変形部を１個の積層型圧電素子で共振さ
せ、その振動面に光ビームを照射して２次元走査を得る
方法が提案されている。この方法は、弾性変形部を駆動
源で共振させ、弾性変形部の弾性振動によって少なくと
も１方向に回動できるようになったスキャン部を備える
ため、弾性変形部の共振により振幅を拡大でき、振動子
の設計により欲する共振周波数をほぼ任意に得ることが
できるという点で上記問題点を解決している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した公
報に記載のものでは、不釣り合い構造に共振周波数の振
動を作用させることにより得られる慣性力を利用して加
振力を得ているため、加速度が外乱として加わった場合
に走査軌跡が変動してしまうという欠点があり、手持型
のバーコードリーダのように外乱の影響が加わり易いも
のについては、使用がかなり困難と考えられる。
【０００８】そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされ
たものであり、ある１方向のモーメントベクトルがその
方向と直交しない２方向以上のモーメントベクトルに分
解できる原理を利用し、多自由度振動子を捩じり振動子
のみから構成し、１軸のみからの加振により、２軸以上
の捩じり振動子を共振させることのできる構造を実現す
ると共に、加速度が外乱として加わった場合にも影響を
受けない構造を実現する２次元光走査装置を提供するこ
とを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】そのため上記目的を達成
するため、光を反射させる反射面を少なくとも有したミ
ラー部（２）と、前記ミラー部に対して所定の隙間を介
して設けられた第１の保持部材（１６）と、前記ミラー
部と前記第１の保持部材とを連結させると共に、固有の
周期的な外力が作用するときに捩じれ、この捩じれの回
転角に応じた大きさで前記捩じれの方向とは逆方向に回
転トルクが発生するように弾性体から構成され、前記ミ
ラー部の重心を通る軸を回転軸として前記ミラー部を強
制振動させる第１の捩じれ振動部材（１４）と、前記第
１の保持部材に対して所定の隙間を介して設けられた第
２の保持部材（１５）と、前記第１の保持部材と前記第
２の保持部材とを連結させると共に、固有の周期的な外
力が作用するときに捩じれ、この捩じれの回転角に応じ
た大きさで前記捩じれの方向とは逆方向に回転トルクが
発生するように弾性体から構成され、前記ミラー部と前
記第１の保持部材との重心を通る軸を回転軸として前記
第１の保持部材を介して前記ミラー部を強制振動させる
第２の捩じれ振動部材（１３）と、前記第２の保持部材
に対して所定の隙間を介して設けられた第３の保持部材
（１２）と、前記第２の保持部材と前記第３の保持部材
とを連結させると共に、外力が作用するときに捩じれ、
この捩じれの回転角に応じた大きさで前記捩じれの方向
とは逆方向に回転トルクが発生するように弾性体から構
成された連結部材（１７）と、前記第３の保持部材に設
けられ、前記連結部材に対してねじり振動を与えること
によって、前記第１及び第２の捩じれ振動部材に各々前
記固有の周期的な外力を作用させる加振手段（２１〜２
４、４５〜４８）とを採用するものである。また、前記
連結部材は、前記第１及び第２の捩じれ振動部材の前記
回転軸と交差する加振軸を中心に捩じれ、この加振軸は
前記回転軸に対して略４５°傾けて配置されたことを特
徴とする。 また、前記加振手段は、前記第３の保持部材
に接着された複数の圧電バイモルフ（２１〜２４）を備
えたことを特徴とする。 また、前記第３の保持部材に
は、前記連結部の連結位置を中心にして、それぞれ相対
向する位置に開口部（１８）が設けられたことを特徴と
する。
【００１０】
【００１１】
【００１２】さらに、上述の技術的手段を具備し、レー
ザ光を出射するレーザ光源部（６２）と、前記ミラー部
を介してバーコードラベル上に照射されたレーザ光の反
射光を受光し、この受光した反射光の光強度に応じて電
気信号を出力する受光手段（６４）と、この受光手段か
らの前記電気信号に基づいて前記バーコードラベルの情
報を読取る読取手段（６５，６６）とを採用するもので
ある。また、前記第１及び第２の捩じれ振動部材の前記
回転軸（ｊ，ｋ）と交差する軸（ｉ）を加振軸にして、
前記第２の保持部材を振動させ、前記第１及び第２の捩
じれ振動部材に各々前記固有の周期的な外力を作用させ
るステッピングモータ（１１６）とを採用するものであ
る。また、前記ミラー部に設けられた永久磁石（１３
６）と、前記永久磁石の近傍に設けられ、前記第１及び
第２の捩じれ振動部材の前記回転軸（ｊ，ｋ）と交差す
る軸（ｉ）を回転軸にして、前記ミラー部に振動を与え
る１つのソレノイド（１３７）と、前記ソレノイドに少
なくとも２種類の周波数の信号を加算して入力し、前記
第１及び第２の捩じれ振動部材に各々前記固有の周期的
な外力を作用させる駆動回路（４５〜４８）とを採用す
るものである。
【００１３】
【作用及び発明の効果】上記構成により、加振手段は、
連結部材に対してねじり振動を与えることによって、第
１及び第２の捩じれ振動部材に各々固有の周期的な外力
を作用させる。すると、第１の捩じれ振動部材は、固有
の周期的な外力が作用するときに捩じれ、この捩じれの
回転角に応じた大きさで、捩じれの方向とは逆方向に回
転トルクを発生し、ミラー部の重心を通る軸を中心軸と
してミラー部を強制振動させる。また、第２の捩じれ振
動部材は、固有の周期的な外力が作用するときに捩じ
れ、この捩じれの回転角に応じた大きさで捩じれの方向
とは逆方向に回転トルクを発生し、ミラー部と第１の保
持部材との重心を通る軸を中心軸として前記第１の保持
部材を介して前記ミラー部を強制振動させる。つまり、
それぞれ捩じれ振動部材は、ミラー部の重心を通る軸、
あるいは、ミラー部と第１の保持部材との重心を通る軸
を中心軸としてミラー部を強制振動させるため、振動系
全体は構造的にバランスが良くなる。その結果、本発明
の２次元光走査装置は、それぞれの部材の動作中に加速
度が外乱として加わったとしても外乱の影響を受け難く
なる。また、連結部材にねじり振動を与えることで、１
軸のみからの加振により、２軸以上の捩じり振動子を共
振させることができる。
【００１４】
【００１５】
【００１６】さらに、上述したような、２次元光走査装
置にて、レーザ光源部からのレーザ光をバーコードラベ
ル上に照射させ、受光手段にて、この照射によるバーコ
ードラベルからの反射光を受光すると共に電気信号を出
力させ、読取手段にて、受光手段からの電気信号に基づ
いてバーコードラベルの情報を読取らせれば、２次元走
査装置の動作によって、外乱の影響を受けることなく、
ほぼ任意の向きに印刷されたバーコードラベル、あるい
は多段バーコード、２次元バーコードを読取らせること
ができるようになる。
【００１７】
【実施例】以下、本発明を図に示す実施例に基づいて説
明する。 〔第１実施例〕この実施例においては、本発明を２自由
度捩じり振動系に適用し、駆動源に圧電バイモルフを利
用した１０ｍｍ×１０ｍｍ程度の２次元光走査装置を実
現した例である。図１は、本発明の第１実施例を示す光
走査装置の構成図であり、図２は、光走査装置を構成す
るプレートの構造図である。
【００１８】図１において、本実施例の光走査装置１０
は、薄板状のプレート１と、このプレート１の上下端部
に設置された駆動源である４個の圧電バイモルフ２１、
２２、２３、２４と、プレート１の中央付近に設置され
た反射面であるミラー部２とから構成されている。ま
ず、プレート１の構造を図２に基づいて説明する。
【００１９】図２に示されるように、プレート１の中央
付近には、ミラー部２を構成するためミラー設置部１１
が形成されており、このミラー設置部１１の相対向する
端部には１対の第１スプリング１４が形成されている。
また、ミラー設置部１１は、第１スプリング１４によっ
て、ミラー設置部１１の外側に形成された第１フレーム
１６に支持されており、図３に示されるように、ｊ軸を
中心軸として回動自在になっている。また、第１フレー
ム１６は、一対の第２スプリング１３によって、第１フ
レーム１６の外側に形成された第２フレーム１５に支持
されており、第１スプリング１４の回動軸ｊに対して直
交する回動軸ｋを中心軸として回動自在になっている。
さらに、第２フレーム１５は、一対の連結部１７によっ
て、第２フレーム１５の外側に形成された第３フレーム
１２に支持されており、連結部１７の加振軸ｉを中心軸
として回動自在になっている。なお、加振軸ｉは、図３
に示されるように、回動軸ｊ，回動軸ｋに対して、それ
ぞれ４５°づつずれた方向に形成された軸である。そし
て、第３フレームには、連結部１７を中心にして、それ
ぞれ相対向する位置に開口部１８が、それぞれ４箇所形
成されている。
【００２０】次に、光走査装置１０の製作方法を説明す
る。まず、薄板（Ｂｅ−ＣＵ，ＳＵＳ，エリンバ等）を
エッチングまたは放電加工等を利用して図２に示すよう
な形状のプレート１を製作する。そして、このプレート
１の一部として形成されたミラー設置部１１の表面に、
高反射コーティング（Ａｌ蒸着、Ａｕ蒸着など）が施さ
れたミラーを接着してミラー部２を構成する。なお、ミ
ラーを接着する場合、ミラー設置部１１の両面にミラー
を接着し、第１スプリング１４の軸に対する表裏のバラ
ンスを確保する。この表裏のバランスを確保することに
より、加速度が外乱として加わった場合の耐振性を向上
することができる。そこで、プレート１に形成された第
３フレーム１２の上下両端部それぞれの両面に対して、
図１に示される様に、圧電素子の分極方向を考慮して、
駆動源である圧電バイモルフ２１、２２、２３、２４が
接着される。
【００２１】つまり、以上のようにして製作された光走
査装置１０は、弾性材料から形成された１枚のプレート
１に対してミラーや圧電素子を接着し、一体構造を実現
していることから、構造的に強度があり組立て作業も簡
単である。また、１枚のプレートの加工方法限界まで全
体寸法を小さくすることができるため、小型の装置を実
現できる。なお、ミラー部２においては、ミラー設置部
１１を鏡面処理して高反射コーティングを施すことによ
っても製作可能である。また、駆動源である圧電素子に
おいては、第３フレーム１２の片面のみに接着する圧電
ユニモルフ構造としてもよい。
【００２２】なお、本実施例においては、ミラー部２が
ミラー部に相当し、第１フレーム１６が第１の保持部材
に相当し、第２フレーム１５が第２の保持部材に相当
し、第３フレーム１２が第３の保持部材に相当し、第１
スプリング１４が第１の捩じれ振動部材に相当し、第２
スプリング１３が第２の捩じれ振動部材に相当し、連結
部１７が連結部材に相当し、圧電バイモルフ２１、２
２、２３、２４が加振手段に相当する。
【００２３】次に、上記構成の光走査装置１０の動作を
図３に基づいて説明する。図３において、光走査装置１
０は、駆動源である圧電バイモルフ２１、２２、２３、
２４のそれぞれ一端ａ、ｂ、ｃ、ｄを固定端とし、他端
を自由端とした片持ち梁状として、図示されない光学系
を構築する基板等に固定されている。また、この圧電バ
イモルフ２１、２２、２３、２４は、圧電素子の分極方
向を考慮して接着されており、同一の正弦波信号がそれ
ぞれ圧電バイモルフ２１、２２、２３、２４に印加され
た場合、それぞれ圧電バイモルフは、図３に示すような
曲げ振動を行う。すなわち、圧電バイモルフ２１と２
２、２３と２４は、同位相の曲げ振動、圧電バイモルフ
２１と２３、２２と２４はそれぞれ逆位相の曲げ振動を
行う。つまり、この振動は、連結部１７を経由すること
により、第２フレーム１５のｉ軸を中心軸とする捩じり
振動に変換される。
【００２４】そこで、上述した圧電バイモルフの曲げ振
動によって、光走査装置１０に設置されたミラー部２
が、どの様に動作するかを以下に説明する。まず、ミラ
ー部２と第１フレーム１６は、第１スプリング１４に比
べて幅広の形状であり、第１スプリング１４と比べると
剛体である。また、ミラー部２と第１フレーム１６は、
第１スプリング１４によって連結されている。つまり、
これらの組み合わせは、第１スプリング１４の軸に相当
するｊ軸を回転軸として、捩じり振動子を構成している
といえる。ここで、ミラー部２のｊ軸まわりの慣性モー
メントをＩj 、第１スプリング１４のバネ定数をｋj と
すると、この捩じり振動子の固有角振動数ωj は
【００２５】
【数１】
【００２６】となる。同様に、第１フレーム１６と第２
フレーム１５は、第２スプリング１３に比べて幅広の形
状であり、第２スプリング１３に比べると剛体である。
また、第１フレーム１６と第２フレーム１５は、第２ス
プリング１３によって連結されている。つまり、これら
の組み合わせは、第２スプリング１３の軸に相当するｋ
軸を回転軸として、捩じり振動子を構成しているといえ
る。ここで、ミラー部２のｋ軸まわりの慣性モーメント
をＩk 、第２スプリング１３のバネ定数をｋk とする
と、この捩じり振動子の固有角振動数ωk は
【００２７】
【数２】
【００２８】となる。つまり、光走査装置１０に設置さ
れたミラー部２は、ｊ軸及びｋ軸を回転軸として捩じり
振動が可能であり、２自由度の振動系を構成している。
しかも、この振動系の回転軸であるｊ軸は、ミラー部２
の重心位置を通過するように構成されており、ミラー部
２を強制振動させる上で、ｊ軸周りの振動系が構造的に
バランスが良くなる。また、もう一方の回転軸であるｋ
軸は、ミラー部２と第１フレーム１６との重心位置を通
過するように構成されており、ミラー部２と第１フレー
ム１６とを強制振動させる上で、ｋ軸周りの振動系につ
いても構造的にバランスが良くなる。そして、ｊ軸が通
過するミラー部２の重心位置と、ｋ軸が通過するミラー
部２と第１フレーム１６との重心位置とは、共に同じ重
心位置になるように構成されていることから、どちらの
回転方向についても構造的にバランスが良くなる。その
ため、この２自由度の振動系は、動作中に加速度が外乱
として加わったとしても、中心軸に対する偏心が生じる
ことなく、外乱の影響を受け難い。
【００２９】次に、光走査装置１０を駆動電源回路によ
って作動させた場合について説明する。なお、図４は、
駆動電源回路を示すブロック線図であり、図５は、駆動
電源回路における信号を示す波形図である。まず、駆動
回路については、図４に示される様に、信号発生器４
５、４６と、この信号発生器４５、４６で発生した正弦
波信号を加算する加算器４７と、加算器４７で発生した
信号を増幅する増幅器４８と、この増幅器４８から出力
された信号を圧電バイモルフ２１、２２、２３、２４に
伝達する回路とから構成されている。
【００３０】また、信号発生器４５、４６及び加算器４
７で発生する信号は、それぞれ、図５に示される様に、
信号発生器４５で発生する角周波数ωj の正弦波信号５
１、信号発生器４６で発生する角周波数ωk の正弦波信
号５２、加算器４７で発生する信号５３で示されてい
る。そこで、圧電バイモルフ２１、２２、２３、２４に
角周波数ωi の正弦波信号が印加された場合、第２フレ
ーム１５、第２スプリング１３、第１フレーム１６、第
１スプリング１４、ミラー部２のそれぞれ全体は、ｉ軸
を回転軸として角振動数ωi の捩じり振動をする。この
とき、ミラー部２は、慣性モーメントを持っているため
ｉ軸を中心とする捩じりモーメントを受け、捩じり方向
に加振力として作用する。そして、この捩じり加振力
が、前述の２自由度捩じり振動子、すなわち、図中ミラ
ー部２のｊ軸を中心とする捩じり振動と、ｋ軸を中心と
する捩じり振動とに加振力として作用する。
【００３１】いま、このｉ軸まわりの捩じり加振力のモ
ーメントベクトルをＴi とすると
【００３２】
【数３】Ｔi ＝Ｔｓｉｎ（ωi ｔ） と表される。ここでωi は加振力の角振動数、ｔは時間
であり、Ｔはモーメントベクトルの最大値である。な
お、モーメントベクトルの最大値Ｔは、駆動源に印加さ
れる駆動信号の電圧で設定できる。
【００３３】また、このＴi は、ｊ方向、ｋ方向のモー
メントベクトルＴj 、Ｔk に分解でき、
【００３４】
【数４】Ｔi ＝Ｔj ＋Ｔk とすることができる。このＴj 、Ｔk はそれぞれｊ軸周
り、ｋ軸周りの捩じり加振力として作用し、この２自由
度捩じり振動子を、それぞれの軸まわりについて共振さ
せることができる。
【００３５】たとえば、ｊ軸まわりとｋ軸まわりの共振
周波数ωj とωk が等しくなるように２自由度捩じり振
動子を設計したとすると、駆動源にその角周波数の正弦
波信号を印加することで、ｊ軸まわりとｋ軸まわりにつ
いて捩じり振動子を共振させることができる。また、ｊ
軸まわりとｋ軸まわりの共振周波数ωj とωk が異なる
ように２自由度捩じり振動子を設計した場合において
は、それぞれ軸のまわりについて独立に共振させること
ができる。つまり、駆動源に角周波数ωj の正弦波信号
を印加することでｊ軸まわりについて捩じり振動子を共
振させることができ、同様に、駆動源に角周波数ωk の
正弦波信号を印加することでｋ軸まわりについて捩じり
振動子を共振させることができる。また、駆動源に角周
波数ωj の正弦波信号と角周波数ωk の正弦波信号とを
加算して印加し、
【００３６】
【数５】 Ｔi ＝Ｔ1 ｓｉｎ（ωj ｔ）＋Ｔ2 ｓｉｎ（ωk ｔ） とすることで、ｊ軸周りの捩じり振動と、ｋ軸周りの捩
じり振動を同時に共振させることができる。なお、それ
ぞれの軸のまわりの捩じり振動の振幅については、駆動
源に印加する正弦波信号の電圧によりＴ1 、Ｔ2 を適当
に設定することで任意に設定することができる。
【００３７】次に、上述した光走査装置１０を光学的情
報読取装置６０に応用した応用例を図６に基づいて説明
する。図６において、光学的情報読取装置６０は、指向
性を有するレーザ光を発生するレーザダイオード６２
と、このレーザダイオード６２を駆動するレーザ駆動回
路６１と、レーザダイオード６２で発生したレーザ光を
反射させて走査し、バーコードラベル６３上に照射する
光走査装置１０と、バーコードラベル６３上で散乱した
反射光を受光し、電気信号に変換する受光素子６４と、
受光素子６４より得られたアナログ信号を２値信号に変
換する２値化回路６５と、２値化回路６５より得られた
２値信号をバーコードラベル６３に基づく情報としてデ
コード処理するデコード回路６６とから構成されてい
る。なお、これらの構成は、図示されていない収納ケー
ス内に組み込まれており、ユーザが手に取って読取り操
作できるハンディータイプの光学的情報読取装置であ
る。また、信号発生器４５、４６、加算器４７、増幅回
路４８および光走査装置１０については、すでに説明済
みのため、ここでは説明を省略する。
【００３８】次に、上記構成の光学的情報読取装置６０
の作動を説明する。まず、レーザ駆動回路６１は、図示
されていないＣＰＵ等からの制御信号に基づいて、レー
ザダイオード６２に駆動信号を入力し、レーザ光を発生
させる。このとき、光走査装置１０は、信号発生回路４
５、４６、加算器４７、増幅器４８により駆動されてお
り、ミラー部２を捩じり振動させている。そのため、レ
ーザダイオード６２で発生したレーザ光は、この捩じり
振動するミラー部２で反射することにより、ミラー部２
の捩じり角の２倍の角度で偏向されバーコードラベル６
３上を光走査する。そして、バーコードラベル６３上で
散乱した光を受光素子６４に受光させ、この受光した散
乱光の光強度に応じて電気信号に変換する。そして、得
られた電気信号を、２値化回路６５により２値信号に変
換し、デコード回路６６によってバーコード記号の内容
に応じたデコード処理を行う。
【００３９】なお、この光学的情報読取装置６０は、図
中に記載されていないが、トリガスイッチにより動作を
開始する非連続動作型の構成とすることも可能である
し、トリガスイッチを用いない連続動作型の構成とする
ことも可能である。そこで、上記構成の光学的情報読取
装置について、次に述べる３種類の仕様を提案すること
ができる。
【００４０】第１としては、本装置に収納されている光
走査装置１０が２個の回転軸を有していることから、１
軸ずつ共振させることで、２方向の直線状の光走査軌
跡、たとえば、図７に示される様な、横方向と縦方向の
光走査軌跡を得ることである。つまり、光学的情報読取
装置７１は、トリガスイッチ７２を押した場合、横方向
の光走査を行い、トリガスイッチ７３を押した場合、縦
方向の走査を行うように構成したもので、装置全体の向
きを変えることなくトリガスイッチ７２、７３の選択に
より、横方向・縦方向のどちらに印刷されたバーコード
記号に対しても読取ることが可能である。
【００４１】第２としては、２個の捩じり回転軸の共振
角振動数の比が１対２未満であるような光走査装置を搭
載し、両方の捩じり回転軸について共振させることで、
曲線状の走査軌跡を得ることである。そして、この走査
軌跡は、走査範囲内を様々な角度で走査するため、装置
全体の向きを変えること無くほぼ任意の向きに印刷され
たバーコード記号を読取ることが実現可能である。
【００４２】例えば、図８（ａ）に示されるような光学
的情報読取装置８１において、例えば、一方の共振角振
動数を５００Ｈｚ、もう一方を３００Ｈｚとし、さら
に、各軸の駆動信号に３０Ｈｚの振幅変調を行うため、
駆動信号を
【００４３】
【数６】 ＳＩＮ（２π・３０ｔ）・ＳＩＮ（２π・３００ｔ） ＋ＣＯＳ（２π・３０ｔ）・ＳＩＮ（２π・５００ｔ） とした場合、図８（ｂ）に示すような走査軌跡が得られ
る。これは、２個の捩じり回転軸の共振角振動数の比が
１対２未満であると共に、それぞれの捩じり回転軸の振
れ角度が時間的に変化するために起こる現象である。つ
まり、一方の捩じれ回転軸の振れ角度の変化と、他方の
捩じれ回転軸の振れ角度の変化とが、それぞれ固有の変
化を行うためである。したがって、２個の捩じり回転軸
の共振角振動数の比が１対２未満であるような光走査装
置においては、それぞれの捩じれ回転軸に対して、振幅
変調を行うことにより、ほぼ任意の向きに印刷されたバ
ーコード記号の読取りが可能である。なお、角度の変化
量は振幅変調の周波数信号により決定することができ
る。
【００４４】第３としては、２個の捩じり回転軸の共振
角振動数の比が１対２以上の大きい比であるように光走
査装置１０を設計する。これにより、光走査装置１０
は、両方の捩じり回転軸について共振させることで、図
９に示す様なラスタ状の光走査軌跡が得られる。そし
て、この光走査軌跡は、走査範囲内を一方向にほぼ直線
的に、少しずつ位置を変えながら走査することにより、
多段バーコード記号９３や２次元バーコード９４の読取
りに適用した光学的情報読取装置９１を実現することが
できる。また、この装置においては、共振角周波数の比
により、走査方向と直角方向の分解能をほぼ任意に設定
できる。 〔第２実施例〕図１０は、本発明の第２実施例を示す光
走査装置の構成図である。
【００４５】図１０に示されるように、この実施例にお
いては、前述した第１実施例の各部分の配置を４５度ず
らしたものであり、前述した第１実施例と同様に、ミラ
ー部１０１、第１スプリング１０２、第１フレーム１０
３、第２スプリング１０４、第２フレーム１０５から構
成されている。そして、ミラー部１０１は、回転軸ｊ及
び回転軸ｋを中心軸として、２方向の捩じり振動を行
い、加振軸ｉを例えばステッピングモータ等で捩じり振
動させることで，前述した第１実施例と同様の動作を行
うものである。 〔第３実施例〕図１１は、本発明の第３実施例を示す光
走査装置の構成図であり、図１２は、図１１に示す板バ
ネ１１３の正面図およびその断面図である。
【００４６】まず、図１２において、板バネ１１３をＡ
方向から見た断面が１１３ａであり、この板バネ１１３
は、一端を固定し他端を変位させると、その変位量に応
じた反力を発生するものとする。図１１において、ミラ
ー部１１１には、ミラー部１１１の重心位置を中心にし
て相対向する位置に軸１１１ａが形成されており、ま
た、ミラー部１１１の外側にはフレーム１１２が設置さ
れている。そして、このフレーム１１２には、軸１１１
ａが支持される位置１１２ａに軸穴が形成され、軸１１
１が軸支されている。さらに、フレーム１１２には、軸
穴１１２ａを中心にして相対向する位置に一対の固定部
１１２ｂが形成されており、この固定部１１２ｂとミラ
ー部１１１とが板バネ１１３を介して連結されている。
したがって、ミラー部１１１に対してフレーム１１２を
捩じり変位させると板バネ１１３の作用により反力が発
生し、ミラー部１１１はｊ軸を中心軸にして振動する。
【００４７】同様に、図１１に示す如く、フレーム１１
２には、ミラー部１１１の重心位置を中心にして相対向
する位置に軸１１２ｃが形成されており、また、フレー
ム１１２の外側にはフレーム１１４が設置されている。
そして、このフレーム１１４には、軸１１２ｃが支持さ
れる位置１１４ａに軸穴が形成され、軸１１２ｃが軸支
されている。さらに、フレーム１１４には、軸穴１１４
ａを中心にして相対向する位置に一対の固定部１１４ｂ
が形成されており、この固定部１１４ｂとフレーム１１
２の軸１１２ｃとが、板バネ１１３を介して連結されて
いる。したがって、フレーム１１４に対してフレーム１
１２を捩じり変位させると、板バネ１１３の作用により
反力が発生し、フレーム１１２はｋ軸を中心軸にして振
動する。つまり、フレーム１１４をステッピングモータ
１１６によりｉ軸を中心に振動させることで、ｊ軸及び
ｋ軸を中心にしてミラー部１１１を振動させ、前述した
実施例と同様の効果を得ることができる。 〔第４実施例〕図１３は、本発明の第４実施例を示す光
走査装置の構成図である。
【００４８】この実施例においては、前述した第１実施
例における圧電バイモルフの代わりに、永久磁石１３６
とソレノイド１３７により発生する電磁力を加振力とし
て利用したものである。前述した第１実施例と同様に、
光走査装置１３０は、ミラー部１３１、第１スプリング
１３２、第１フレーム１３３、第２スプリング１３４、
第２フレーム１３５から構成されている。また、ミラー
部１３１のミラー面の裏面に永久磁石１３６が接着され
ており、永久磁石１３６の近傍にソレノイド１３７が配
置されている。そして、この永久磁石１３６の磁極方向
は、ｉ軸に対して直交するように配置されているため、
ソレノイド１３７に正弦波信号を印加すると、ミラー部
１３１はｉ軸を回転軸とする捩じり加振力が作用する。
また、ミラー部１３１に接着するミラーと永久磁石１３
６のｉ軸に対する慣性モーメントを等しくすることによ
り、前述した第１実施例と同様にバランスを確保するこ
とができる。なお、この第４実施例において、第２フレ
ーム１３５は固定された状態になっている。
【００４９】また、図１４に上記実施例の光走査装置の
駆動回路を示す。図１４において、駆動回路は第１実施
例の図４における駆動源２１、２２、２３、２４、をソ
レノイド１３７に変えたものであり、その他は同様であ
る。また、前述した第１実施例と同様に、図５に示す駆
動信号をソレノイド１３７に印加することによって、ミ
ラー部１３１には、ｉ軸を回転軸とする加振力が作用す
る。つまり、第１の実施例と同様に、ミラー部１３１は
回転軸ｊ及び回転軸ｋを中心軸とする２方向の捩じり振
動に対する固有角周波数ωｊと、回転軸ｋ周りの捩じり
振動に対する固有角周波数ωｋとを持つため、ソレノイ
ド１３７に角周波数ωｊの正弦波信号やωｋの正弦波信
号を印加することにより、第１実施例と全く同様の動作
を得ることができる。 〔第５実施例〕図１５は、本発明の第５実施例を示す構
成図である。
【００５０】この実施例については、第１実施例におけ
るプレートに相当する部分を、立体構造としてスプリン
グを立体的に配置し、また駆動源に永久磁石とソレノイ
ドを利用した光走査装置を実現した例である。まず、こ
の実施例においては、ミラー面が比較的大面積を必要と
する場合に有効である。それは、第１実施例において
は、ミラー面が大きくなると、その外側に形成された第
１フレーム、第２フレームを配置するため全体寸法が大
型になるが、この第４実施例では、スプリングを立体的
に配置できるため、比較的小型の装置を構成することが
できるという特徴を持っている。
【００５１】図１５において、第１フレーム２０２は、
その一端にミラー部２０１が接着されており、他端に永
久磁石２０７が接着されている。また、この第１フレー
ム２０２の下部には、第２フレーム２０４が配置されて
いる。そして、スプリング２０３は、その一端が第１フ
レーム２０２に接着されており、他端が第２フレーム２
０４に接着されている。すなわち、第１フレーム２０２
はスプリング２０３を仲介して第２フレーム２０４と接
続されている。また、スプリング２０５ａ，２０５ｂ
は、それぞれ一端が第２フレーム２０４に接着されてお
り、他端はベース２０６に接着されている。また、永久
磁石２０７の相対向する位置には、ソレノイド２０９が
配置されており、このソレノイド２０９は、スペーサ２
０８を介してベース２０６に固定されている。
【００５２】次に、図１６に基づき上記構成の光走査装
置の動作を説明する。図１６において、第１フレーム２
０２は、スプリング２０３を介して第２フレーム２０４
に接続されており、スプリング２０３が曲げ変形するた
め、第１フレーム２０２は、ｊ軸を回転軸とする回転振
動することになる。そして、この振動系の回転軸である
ｊ軸は、ミラー部２０１と第１フレーム２０２との重心
位置を通過するように構成されており、ミラー部２０１
と第１フレーム２０２とを強制振動させる上で、ｊ軸周
りの振動系が構造的にバランスが良くなる。なお、この
回転振動の固有角振動数は、ミラー部２０１、第１フレ
ーム２０２、永久磁石２０７のｊ軸周りの慣性モーメン
トとスプリング２０３のバネ定数により決定される。
【００５３】一方、第２フレーム２０４はスプリング２
０５ａ，２０５ｂを介してベース２０６に接続されてお
り、ミラー部２０１、第１フレーム２０２、スプリング
２０３、第２フレーム２０４全体は、ｋ軸を回転軸とし
て回転振動することになる。そして、この振動系の回転
軸であるｋ軸は、ミラー部２０１と第１フレーム２０２
と第２フレーム２０４との重心位置を通過するように構
成されており、第２フレーム２０４を介して、ミラー部
２０１と第１フレーム２０２とを強制振動させる上で、
ｊ軸周りについても振動系が構造的にバランスが良くな
る。なお、この回転振動の固有角振動数は、ミラー部２
０１〜第２フレーム２０４までの部材のｋ軸周りの慣性
モーメントと、スプリング２０５ａ，２０５ｂのバネ定
数により決定される。ここで、永久磁石２０７の磁極の
方向は、ｊ軸とｋ軸から構成される平面上でｊ軸から４
５度オフセットしたｉ軸に対して垂直に配置されてい
る。したがって、ソレノイド２０９に正弦波信号を印加
すると、第１フレーム２０２には、ｉ軸を回転軸とする
加振力が作用し、この加振力により、ｊ軸周りとｋ軸周
りについての回転振動が励振され、前述した実施例と同
様の動作を得ることができる。なお、この第５実施例の
２次元光走査装置を駆動させる駆動回路は、図１４に示
す第４実施例の駆動回路と同様である。また、この第５
実施例において、ミラー部２０１、第１フレーム２０２
がミラー部に相当し、スプリング２０３が第１の捩じれ
振動部材に相当し、第２フレーム２０４が第１の保持部
材に相当し、スプリング２０５ａ，２０５ｂが第２の捩
じれ振動部材に相当し、ベース２０６が第２の保持部材
に相当する。
【００５４】そして、本発明の２次元走査装置において
は、例えば駆動源として、圧電素子以外に、電磁ソレノ
イド、静電気などあらゆる物が利用可能であり、また、
スプリングとしては、板バネ、コイルバネなど様々なも
のが利用可能である。また、前述した実施例では、２つ
の捩じり軸を直角に配置し加振する軸を捩じり軸に対し
て４５度傾けて配置しているが、捩じり軸の配置につい
ては任意の角度が可能であり、さらに、加振する軸は、
捩じり軸と直角とならない任意の角度で配置することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す構成図である。
【図２】図１に示す光走査装置におけるプレートの構造
図である。
【図３】図１に示す光走査装置の動作状態を示す図であ
る。
【図４】図１に示す光走査装置の駆動電源回路を示すブ
ロック図である。
【図５】図４に示す駆動電源回路における伝達信号を示
す波形図である。
【図６】光走査装置を光学的情報読取装置に応用した概
略ブロック構成図である。
【図７】図６に示す光学的情報読取装置のスキャン状態
を示す図である。
【図８】図６に示す光学的情報読取装置のスキャン状態
を示す図である。
【図９】図６に示す光学的情報読取装置のスキャン状態
を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施例を示す構成図である。
【図１１】本発明の第３実施例を示す構成図である。
【図１２】図１１に示す板バネの正面図及び平面図であ
る。
【図１３】本発明の第４実施例を示す構成図である。
【図１４】図１３に示す光走査装置の駆動回路のブロッ
ク図である。
【図１５】本発明の第５実施例を示す構成図である。
【図１６】図１５に示す光走査装置の動作状態を示す図
である。
【符号の説明】
２ ミラー部 １３ 第２スプリング １４ 第１スプリング １５ 第２フレーム １６ 第１フレーム ２１、２２、２３、２４ 圧電バイモルフ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−107017（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−58962（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−226413（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−353705（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−214175（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−27989（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 26/10 104 G06K 7/10

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光を反射させる反射面を少なくとも有し
    たミラー部と、 前記ミラー部に対して所定の隙間を介して設けられた第
    １の保持部材と、 前記ミラー部と前記第１の保持部材とを連結させると共
    に、固有の周期的な外力が作用するときに捩じれ、この
    捩じれの回転角に応じた大きさで前記捩じれの方向とは
    逆方向に回転トルクが発生するように弾性体から構成さ
    れ、前記ミラー部の重心を通る軸を回転軸として前記ミ
    ラー部を強制振動させる第１の捩じれ振動部材と、 前記第１の保持部材に対して所定の隙間を介して設けら
    れた第２の保持部材と、 前記第１の保持部材と前記第２の保持部材とを連結させ
    ると共に、固有の周期的な外力が作用するときに捩じ
    れ、この捩じれの回転角に応じた大きさで前記捩じれの
    方向とは逆方向に回転トルクが発生するように弾性体か
    ら構成され、前記ミラー部と前記第１の保持部材との重
    心を通る軸を回転軸として前記第１の保持部材を介して
    前記ミラー部を強制振動させる第２の捩じれ振動部材
    と、 前記第２の保持部材に対して所定の隙間を介して設けら
    れた第３の保持部材と、 前記第２の保持部材と前記第３の保持部材とを連結させ
    ると共に、外力が作用するときに捩じれ、この捩じれの
    回転角に応じた大きさで前記捩じれの方向とは逆方向に
    回転トルクが発生するように弾性体から構成された連結
    部材と、 前記第３の保持部材に設けられ、前記連結部材に対して
    ねじり振動を与えることによって、前記第１及び第２の
    捩じれ振動部材に各々前記固有の周期的な外力を作用さ
    せる加振手段とを備えたことを特徴とする２次元光走査
    装置。
  2. 【請求項２】 前記連結部材は、前記第１及び第２の捩
    じれ振動部材の前記回転軸と交差する加振軸を中心に捩
    じれ、この加振軸は前記回転軸に対して略４５°傾けて
    配置されたことを特徴とする請求項１に記載の２次元光
    走査装置。
  3. 【請求項３】 前記加振手段は、前記第３の保持部材に
    接着された複数の圧電バイモルフを備えたことを特徴と
    する請求項１に記載の２次元光走査装置。
  4. 【請求項４】 前記第３の保持部材には、前記連結部の
    連結位置を中心にして、それぞれ相対向する位置に開口
    部が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の２次
    元光走査装置。
  5. 【請求項５】 レーザ光を出射するレーザ光源部と、 前記レーザ光源部から出射された前記レーザ光を反射さ
    せる反射面を少なくとも有したミラー部と、 前記ミラー部に対して所定の隙間を介して設けられた第
    １の保持部材と、 前記ミラー部と前記第１の保持部材とを連結させると共
    に、固有の周期的な外力が作用するときに捩じれ、この
    捩じれの回転角に応じた大きさで前記捩じれの方向とは
    逆方向に回転トルクが発生するように弾性体から構成さ
    れ、前記ミラー部の重心を通る軸を回転軸として前記ミ
    ラー部を強制振動させる第１の捩じれ振動部材と、 前記第１の保持部材に対して所定の隙間を介して設けら
    れた第２の保持部材と、 前記第１の保持部材と前記第２の保持部材とを連結させ
    ると共に、固有の周期的な外力が作用するときに捩じ
    れ、この捩じれの回転角に応じた大きさで前記捩じれの
    方向とは逆方向に回転トルクが発生するように弾性体か
    ら構成され、前記ミラー部と前記第１の保持部材との重
    心を通る軸を回転軸として前記第１の保持部材を介して
    前記ミラー部を強制振動させる第２の捩じれ振動部材
    と、 前記第２の保持部材に対して所定の隙間を介して設けら
    れた第３の保持部材と、 前記第２の保持部材と前記第３の保持部材とを連結させ
    ると共に、外力が作用するときに捩じれ、この捩じれの
    回転角に応じた大きさで前記捩じれの方向とは逆方向に
    回転トルクが発生するように弾性体から構成された連結
    部材と、 前記第３の保持部材に設けられ、前記連結部材に対して
    ねじり振動を与えることによって、前記第１及び第２の
    捩じれ振動部材に各々前記固有の周期的な外力を作用さ
    せる加振手段と、 前記ミラー部を介してバーコードラベル上に照射された
    レーザ光の反射光を受光し、この受光した反射光の光強
    度に応じて電気信号を出力する受光手段と、 この受光手段からの前記電気信号に基づいて前記バーコ
    ードラベルの情報を読取る読取手段とを備えたことを特
    徴とするバーコード読取装置。
  6. 【請求項６】 光を反射させる反射面を少なくとも有し
    たミラー部と、 前記ミラー部に対して所定の隙間を介して設けられた第
    １の保持部材と、 前記ミラー部と前記第１の保持部材とを連結させると共
    に、固有の周期的な外力が作用するときに捩じれ、この
    捩じれの回転角に応じた大きさで前記捩じれの方向とは
    逆方向に回転トルクが発生するように弾性体から構成さ
    れ、前記ミラー部の重心を通る軸を回転軸として前記ミ
    ラー部を強制振動させる第１の捩じれ振動部材と、 前記第１の保持部材に対して所定の隙間を介して設けら
    れた第２の保持部材と、 前記第１の保持部材と前記第２の保持部材とを連結させ
    ると共に、固有の周期的な外力が作用するときに捩じ
    れ、この捩じれの回転角に応じた大きさで前記捩じれの
    方向とは逆方向に回転トルクが発生するように弾性体か
    ら構成され、前記ミラー部と前記第１の保持部材との重
    心を通る軸を回転軸として前記第１の保持部材を介して
    前記ミラー部を強制振動させる第２の捩じれ振動部材
    と、 前記第１及び第２の捩じれ振動部材の前記回転軸と交差
    する軸を加振軸にして、前記第２の保持部材を振動さ
    せ、前記第１及び第２の捩じれ振動部材に各々前記固有
    の周期的な外力を作用させるステッピングモータとを備
    えたことを特徴とする２次元光走査装置。
  7. 【請求項７】 光を反射させる反射面を少なくとも有し
    たミラー部と、 前記ミラー部に対して所定の隙間を介して設けられた第
    １の保持部材と、 前記ミラー部と前記第１の保持部材とを連結させると共
    に、固有の周期的な外力が作用するときに捩じれ、この
    捩じれの回転角に応じた大きさで前記捩じれの方向とは
    逆方向に回転トルクが発生するように弾性体から構成さ
    れ、前記ミラー部の重心を通る軸を回転軸として前記ミ
    ラー部を強制振動させる第１の捩じれ振動部材と、 前記第１の保持部材に対して所定の隙間を介して設けら
    れた第２の保持部材と、 前記第１の保持部材と前記第２の保持部材とを連結させ
    ると共に、固有の周期的な外力が作用するときに捩じ
    れ、この捩じれの回転角に応じた大きさで前記捩じれの
    方向とは逆方向に回転トルクが発生するように弾性体か
    ら構成され、前記ミラー部と前記第１の保持部材との重
    心を通る軸を回転軸として前記第１の保持部材を介して
    前記ミラー部を強制振動させる第２の捩じれ振動部材
    と、 前記ミラー部に設けられた永久磁石と、 前記永久磁石の近傍に設けられ、前記第１及び第２の捩
    じれ振動部材の前記回転軸と交差する軸を回転軸にし
    て、前記ミラー部に振動を与える１つのソレノイドと、 前記ソレノイドに少なくとも２種類の周波数の信号を加
    算して入力し、前記第１及び第２の捩じれ振動部材に各
    々前記固有の周期的な外力を作用させる駆動回路 とを備
    えたことを特徴とする２次元光走査装置。
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