JP2001242409A - 共振型光スキャナ - Google Patents
共振型光スキャナInfo
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Abstract
ニタリングできるようにする。 【解決手段】 光源から照射されたレーザ光109をミ
ラー101で反射させて所定対象物に照射し、ミラー1
01を揺動させることにより対象物に照射された光を所
定方向に走査する共振型光スキャナにおいて、ミラー1
01の一部にピンホール108を形成すると共に、ミラ
ー101の裏面側に光ラインセンサ107を配置し、レ
ーザ光109の一部がピンホール108を通じて光ライ
ンセンサ107に導かれるようにする。このような構成
により、光ラインセンサ107から出力される電気信号
を計測することで、ミラー101の角度を直接的にモニ
タリングすることができる。
Description
ードリーダ,自動車用レーザセンサ等において、光源か
ら出力された所定の光を反射して所定対象物に照射する
と共に、その照射光を走査するのに使用される光スキャ
ナに関する。
知用レーザセンサ等において、レーザ光を走査するため
の光スキャナには、従来、多面体の鏡をモータで回転さ
せるポリゴンミラー方式が一般的に使用されていた。し
かしながら、昨今の小型化低コスト化への要求に応える
ために、特開平7−199099号公報に示されるよう
に、慣性体とバネからなる振動系の共振を利用した共振
型光スキャナが各種提案されている。
支持し、これを圧電素子や電磁石を利用して加振して共
振させることにより、ミラーの角度を周期的に変化さ
せ、対象物への照射光を1次元又は2次元方向に走査す
るものである。このような光スキャナ装置は構造が簡単
にできるため、小型化、低コスト化に貢献でき、また、
共振を利用しているため消費電力を小さくできる利点が
ある。
に、共振型光スキャナは、その駆動信号と反射面の傾き
角の位相関係が正確に定まらないため、スキャナが何処
を走査しているかを知るためには反射面の傾き角をモニ
タリングする必要がある。反射面の傾き角をモニタリン
グするためには、光エンコーダなどの計測手段が必要で
あり、装置の複雑化、高コスト化を招くという問題点が
あった。この問題について以下に詳細に説明する。
弦波や矩形波などの周期的な電気信号を用い、圧電素子
や電磁石などによりこの電気信号を周期的な加振力に変
換する。
加振力と慣性体の振幅の倍率の関係を示し、図17
(b)に、加振力と慣性体の振動の位相差の関係を示
す。なお、図17(a)、(b)の横軸は加振力の周波
数と振動系の共振周波数の比を表わし、図17(a)の
縦軸は慣性体の振幅と加振力の振幅の比を表わしてい
る。また、図17(b)の縦軸は慣性体の振動と加振力
の位相差を表わす。
置が振動系の共振点を示しており、振幅の倍率が最大に
なる。この共振点となる周波数で共振型光スキャナ駆動
することにより、最も大きい走査角度が得られ、消費電
力を最小にすることができる。
すると、共振点において加振力と慣性体の振動の位相差
の関係がほぼ垂直になっており、位相差が急激に変化す
ることが分かる。
とができれば、位相差が90度となるが、実際には振動
系の共振周波数が温度変化等によって変化するため、駆
動信号と慣性体の振動の位相差を正確に把握することが
できない。
用いる場合には、バーコード側に読み取る記号の始まり
情報が記載されているため、反射面の角度を把握する必
要は無い。しかし、例えば、レーザ光を走査して障害物
を検知するような用途に共振型光スキャナを用いる場合
には、反射面の角度が分からないと障害物が右にあるの
か左にあるのか分からないことになる。
スキャナにおいて反射面の角度をモニタリングできるよ
うにすることを目的とする。
め、請求項1に記載の発明では、光源から照射されたレ
ーザ光(109)を反射面(101)で反射させて所定
対象物に照射し、反射面を揺動させることにより対象物
に照射された光を所定方向に走査する共振型光スキャナ
において、反射面の裏面側に受光素子(107、20
7、307a、307b)が配置され、反斜面の一部に
形成された貫通孔(108)を通じて、光源から照射さ
れたレーザ光の一部が受光素子に導かれるようになって
いることを特徴としている。
り、受光素子から出力される電気信号を計測すること
で、反射面の角度を直接的にモニタリングすることがで
きる。
は、反射面の裏面に向かうにつれて孔が広がるテーパ形
状であることを特徴としている。このように、反斜面の
裏面に向かうにつれて孔が広がるテーパ形状とすれば、
反斜面が揺動しても貫通孔を通過してレーザ光が受光素
子に導かれるようにできる。
1次元方向の光の位置を検出できるラインセンサ(10
7)であることを特徴としている。このようにラインセ
ンサを使用すれば、ラインセンサの出力と実際の反斜面
の角度とが一対一の対応関係を示すため、ラインセンサ
の出力に基づいて反斜面の角度をモニタリングすること
ができる。
1個のフォトダイオード(207)であることを特徴と
している。このように、1個のフォトダイオードを使用
することにより、実際の反斜面の角度に対応したパルス
状の電気信号を得ることができるため、このパルス状信
号に基づいて反射面の角度を検出することができる。
2個のフォトダイオード(307a、307b)である
ことを特徴としている。このように、2個のフォトダイ
オードを使用することにより、反斜面の角度だけでな
く、共振型光スキャナの振幅を求めることも可能とな
り、スキャンの広さを求めることができる。
して、2次元方向の光の位置を検出できるエリアセンサ
を使用し、2次元スキャナにおいても反射面の角度を検
出することができる。
射面の一部に形成され、該第1反射面とは異なった角度
を成す第2反射面(408)と、第2反射面にて反射さ
れたレーザ光(410)が照射される受光素子(40
7、507、607a、607b)と、を備えているこ
とを特徴としている。
射面とは異なった角度を成す第2反射面を設けることに
よっても、請求項1と同様の効果を得ることができる。
11に示す構成とすれば、請求項3乃至6と同様の効果
を得ることができる。
面の近傍に配置され、レーザ光が透過するように構成さ
れていると共に、部分的にレーザ光を反射する反射体
(709、809a、809b、909a、909b)
が設けられた透過面(708、808、908)と、反
射体にて反射されたレーザ光が照射される受光素子(7
07、807、907a、907b)と、を備えている
ことを特徴としている。
えることによっても、請求項1と同様の効果を得ること
ができる。
体として1個所の乱反射体(709)を透過面(70
8)に設け、乱反射体による乱反射光の一部が1個の受
光素子(707)に導かれるように構成することができ
る。このように、乱反射体による乱反射光に基づいてモ
ニタリングを行なうことができ、乱反射体を1個所に設
けることにより、請求項4と同様の効果を得ることがで
きる。
ように、正反射体を使用することも可能であり、正反射
体を使用しても請求項13と同様の効果を得ることがで
きる。
して2個所の乱反射体(809a、809b)を透過面
(808)に設け、各乱反射体による各乱反射光の一部
が1個の受光素子(807)に導かれるように構成する
こともできる。この場合には、受光素子に2個所の乱反
射体からの乱反射光が照射されることになるため、1つ
の受光素子によって請求項5と同様の効果を得ることが
できる。
うに、反射体として正反射体を使用することができ、請
求項14と同様の効果を得ることができる。ただし、こ
の場合には、正反射体での反射光が所定方向に導かれる
ため、2個の受光素子(907a、907b)が必要と
される。
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。
図面を用いて説明する。
の概略図を示し、図2に反斜面の角度をモニタリングす
る手段の説明図を示す。以下、図1、図2に基づいて、
本実施形態の共振型光スキャナ100の構成を説明す
る。
してのミラー101、フレーム102、スプリング10
3、マグネット104、ソレノイド105、ベース10
6、1次元フォトダイオードアレイによって構成された
受光素子としての光ラインセンサ107とにより構成さ
れている。
101が取り付けられており、フレーム102の他端側
にはマグネット104が配置されている。ソレノイド1
05は、ベース106のうちマグネット104に磁界を
印加できる位置に固定されている。
を介してベース106に架設されている。スプリング1
03は、厚さ50μm程度のバネ用ステンレス鋼の金属
箔で構成されており、ベース106の平面と平行な方向
に容易に変位できるようになっている。
側の表面でレーザ光109を反射できるようになってい
る。このミラー101には部分的にピンホール(貫通
孔)108が形成されている。このピンホール108
は、図2に示すように、ミラー101の裏面に向かうに
つれて孔が広がるテーパ形状を成している。
の照射位置に応じた電気信号を出力する。光ラインセン
サ107はミラー101の裏面側においてベース106
に固定されており、ピンホール108を通じてミラー1
01の裏面側に導かれたレーザ光110が光ラインセン
サ107に照射されるようになっている。
明する。まず、図示されていない光源より出射されたレ
ーザ光109をミラー101に照射し、所定の方向に反
射させる。このとき、レーザ光109の一部はピンホー
ル108を通じて、光ラインセンサ107に導かれる。
用いて、正弦波や矩形波などの周期的な信号波形を生成
させ、ソレノイド105に入力する。その結果、ソレノ
イド105が交番磁界を発生する。この交番磁界による
磁力がマグネット104に作用し、フレーム102が仮
想的な軸111に対して揺動する。このとき、信号波形
の周波数を共振型光スキャナ装置の共振周波数に合せれ
ば、スキャン動作を行うことができる。
しているため、ミラー101が揺動してもレーザ光10
9が常に裏面に導かれるようにできる。
おけるレーザ光110の照射状態を図3に示し、この図
に基づいてミラー101の角度のモニタリング方法を説
明する。なお、図3において、太い実線はミラー101
とフレーム102の中立位置を示しており、また、太い
破線は反射ミラー101とフレーム102が軸111に
対して回転した時の位置を示している。
ンホール108を通過したレーザ光110が光ラインセ
ンサ107のa部に到達する。そして、ミラー101が
変位して、太い破線に示す位置に移動した場合、ピンホ
ール108の位置も移動し、レーザ光110のラインセ
ンサ107上への到達位置もbまたはcへ移動する。こ
の移動は光ラインセンサ107から電気信号として出力
される。
と光ラインセンサ107の出力114とを比較した図を
示す。この図に示すように、光ラインセンサ107から
の出力114が実際のミラー101の角度113と一対
一の対応関係を示す。このため、光ラインセンサ107
の出力114に基づいて、ミラー101の角度113を
モニタリングすることが可能である。
07として、1次元フォトダイオードアレイを用いた例
を示したが、この他、1ラインのCCD、1次元CMO
Sイメージャ、1次元PSDなどを使用することもでき
る。
施形態における共振型光スキャナ200を示す。本実施
形態の共振型光スキャナ200では、受光素子として1
個のフォトダイオードからなる光センサ207を用いて
いる点が第1実施形態と異なる。
0は共振型光スキャナ200の動作に伴って移動し、所
定の位置に来ると光センサ207に照射される。その結
果、図6に示すように、光センサ207の出力214か
ら、実際のミラー101の角度213に対応したパルス
状の電気信号を得ることができる。
挿演算を行なうことにより、ミラー101の角度をモニ
タリングすることが可能である。すなわち、ミラー10
1の角度が基本的にサインカーブ状に変位することが判
っているため、パルス信号に基づいてミラー101の角
度(位相角)を検出することが可能となり、上記モニタ
リングを行なうことができる。
の情報しか得られないため、共振型スキャナの振幅が変
動した場合には誤差が発生することになる。
施形態における共振型光スキャナ300を示す。本実施
形態の共振型光スキャナ300では、受光素子として2
個のフォトダイオードからなる光センサ307a、30
7bを用いている点が第1実施形態と異なる。
0は共振型光スキャナ300の動作に伴って移動し、所
定の位置に来ると光センサ307a、307bに照射さ
れる。その結果、図8に示すように、光センサ307
a、307bの出力314から、実際のミラー101の
角度313に対応したパルス状の電気信号を得ることが
できる。
挿演算を行なうことにより、ミラー101の角度をモニ
タリングすることが可能である。この場合、2個所の光
センサ307a、307bからの信号を得ることができ
るため、ミラー101の角度だけでなく、ミラー101
の走査角度や共振型光スキャナ300の振幅を求めるこ
とも可能となり、現在のスキャンの広さを求めることが
できる。これにより、常にミラー101の正確な位置を
モニタリングすることができる。
施形態における共振型光スキャナ400を示す。本実施
形態の共振型光スキャナ400では、ミラー401の一
部に、ミラー401の反斜面(第1反斜面)とは異なっ
た角度を成す微小なミラー(第2反射面)408を設け
ている点と、ミラー408によって反射したレーザ光4
10が照射されるように、ミラー401の表面側に光ラ
インセンサ407を配置した点が第1実施形態と異な
る。
に、モニタリング用のミラー408を形成すれば、図1
1に示すように、ミラー401が揺動するとレーザ光4
10が移動し、第1実施形態と同じ効果で、ミラー40
1の傾き角をモニタリングすることができる。
に、1個のフォトダイオードによって光センサ507を
構成した共振型光スキャナ500により、第2実施形態
と同様の効果を得ることができ、図13に示すように、
2個のフォトダイオードによって光センサ607a、6
07bを構成した共振型光スキャナ600により、第3
実施形態と同様の効果を得ることができる。
実施形態における共振型光スキャナ700を示す。本実
施形態の共振型光スキャナ700では、ミラー701に
ではなく、スキャンするレーザ光109を透過する透明
な部材708の一部に、レーザ光109を乱反射させる
反射体709が取り付けられている点が第2実施形態と
異なる。
00を動作させると所定のタイミングでスキャンするレ
ーザ光109の一部が反射体709で乱反射され、乱反
射光の一部が光センサ707に到達するため、第2実施
形態と同じ効果でミラー401の傾き角をモニタリング
することができる。
は、スキャンするレーザ光109を透過する透明な窓が
配置されるため、この窓を透明な部材708として使用
することができる。
実施形態における共振型光スキャナ800を示す。本実
施形態の共振型光スキャナ800では、透明な部材70
8に2個、レーザ光109を乱反射させる反射体809
a、809bを設けている点が第5実施形態と異なる。
09bを設け、乱反射光を1個のフォトダイオードで構
成された光センサ807に到達させることにより、1個
のフォトダイオードで、第3実施形態と同様の効果を得
ることが可能となる。
実施形態における共振型光スキャナ900を示す。本実
施形態の共振型光スキャナ900では、透明な部材90
8の2個所に正反射体909a、909bを設けると共
に、正反射体909a、909bからの正反射光を各2
個のフォトダイオードで構成された光センサ907a、
907bのそれぞれに到達させるようにしている点が第
5実施形態と異なる。
909a、909bを備えても上記第5実施形態と同様
の効果を得ることができ、さらに、2個の正反射体90
9a、909bとすることにより、第3実施形態と同様
の効果を得ることができる。
向に向かうため、2個の正反射体909a、909bを
備える場合には、2個の光センサ907a、907bが
必要となる。
共振型光スキャナとして1ライン上のスキャンを行なう
1次元スキャナを対象としているが、2次元スキャンを
行なう共振型2次元スキャナに本発明を適用することも
できる。この場合、反射面の角度の検出を行なうため
に、2次元のCCD素子や2次元PSD、2次元CMO
Sイメージャ、2次元フォトダイオードアレイ等を使用
すればよい。
ナ100の概略図である。
手段を具体的に示した図である。
説明するための図である。
07の出力とを比較した図である。
ナ200の概略図である。
07の出力とを比較した図である。
ナ300の概略図である。
07a、307bの出力とを比較した図である。
ナ400の概略図である。
グ手段を具体的に示した図である。
を説明するための図である。
ャナ500の概略図である。
ャナ600の概略図である。
ャナ700の概略図である。
ャナ800の概略図である。
ャナ900の概略図である。
振幅の倍率の関係を示す図であり、(b)は、加振力と
慣性体の振動の位相差の関係を示す図である。
グ、104…マグネット、105…ソレノイド、106
…ベース、107…光ラインセンサ、108…ピンホー
ル、109…レーザ光、110…レーザ光、111…
軸。
Claims (16)
- 【請求項1】 光源から照射されたレーザ光(109)
を反射面(101)で反射させて所定対象物に照射し、
前記反射面を揺動させることにより前記対象物に照射さ
れた光を所定方向に走査する共振型光スキャナにおい
て、 前記反射面の裏面側に受光素子(107、207、30
7a、307b)が配置され、 前記反斜面の一部に形成された貫通孔(108)を通じ
て、前記光源から照射されたレーザ光の一部が前記受光
素子に導かれるようになっていることを特徴とする共振
型光スキャナ。 - 【請求項2】 前記貫通孔は、前記反射面の裏面に向か
うにつれて孔が広がるテーパ形状であることを特徴とす
る請求項1に記載の共振型光スキャナ。 - 【請求項3】 前記受光素子は、1次元方向の光の位置
を検出できるラインセンサ(107)であることを特徴
とする請求項1又は2に記載の共振型光スキャナ。 - 【請求項4】 前記受光素子は、1個のフォトダイオー
ド(207)であることを特徴とする請求項1又は2に
記載の共振型光スキャナ。 - 【請求項5】 前記受光素子は、2個のフォトダイオー
ド(307a、307b)であることを特徴とする請求
項1又は2に記載の共振型光スキャナ。 - 【請求項6】 前記受光素子は、2次元方向の光の位置
を検出できるエリアセンサであることを特徴とする請求
項1又は2に記載の共振型光スキャナ。 - 【請求項7】 光源から照射されたレーザ光(109)
を第1反射面(401)で反射させて所定対象物に照射
し、前記第1反射面を揺動させることによって前記対象
物に照射された光を所定方向に走査する共振型光スキャ
ナにおいて、 前記第1反射面の一部に形成され、該第1反射面とは異
なった角度を成す第2反射面(408)と、 前記第2反射面にて反射された前記レーザ光(410)
が照射される受光素子(407、507、607a、6
07b)と、を備えていることを特徴とする共振型光ス
キャナ。 - 【請求項8】 前記受光素子は、1次元方向の光の位置
を検出できるラインセンサ(407)であることを特徴
とする請求項7に記載の共振型光スキャナ。 - 【請求項9】 前記受光素子は、1個のフォトダイオー
ド(507)であることを特徴とする請求項7に記載の
共振型光スキャナ。 - 【請求項10】 前記受光素子は、2個のフォトダイオ
ード(607a、607b)であることを特徴とする請
求項7に記載の共振型光スキャナ。 - 【請求項11】 前記受光素子は、2次元方向の光の位
置を検出できるエリアセンサであることを特徴とする請
求項7に記載の共振型光スキャナ。 - 【請求項12】 光源から照射されたレーザ光(10
9)を反射面(701)で反射して所定対象物に照射
し、該反射面が揺動することにより該対象物に照射した
光を所定方向に走査する共振型光スキャナにおいて、 前記反射面の近傍に配置され、前記レーザ光が透過する
ように構成されていると共に、部分的に前記レーザ光を
反射する反射体(709、809a、809b、909
a、909b)が設けられた透過面(708、808、
908)と、 前記反射体にて反射された前記レーザ光が照射される受
光素子(707、807、907a、907b)と、を
備えていることを特徴とする共振型光スキャナ。 - 【請求項13】 前記反射体として1個所の乱反射体
(709)が前記透過面(708)に設けられており、
前記乱反射体による乱反射光の一部が1個の受光素子
(707)に導かれるように構成されていることを特徴
とする請求項12に記載の共振型光スキャナ。 - 【請求項14】 前記反射体として2個所の乱反射体
(809a、809b)が前記透過面(808)に設け
られており、前記各乱反射体による各乱反射光の一部が
1個の受光素子(807)に導かれるように構成されて
いることを特徴とする請求項12に記載の共振型光スキ
ャナ。 - 【請求項15】 前記反射体として1個所の正反射体が
前記透過面に設けられており、前記正反射体による正反
射光が1個の受光素子に導かれるように構成されている
ことを特徴とする請求項12に記載の共振型光スキャ
ナ。 - 【請求項16】 前記反射体として2個所の正反射体
(909a、909b)が前記透過面(908)に設け
られており、前記各正反射体による各正反射光が2個の
受光素子(907a、907b)にそれぞれ導かれるよ
うに構成されていることを特徴とする請求項12に記載
の共振型光スキャナ。
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