JP2003005120A - Optical deflecting device - Google Patents

Optical deflecting device

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JP2003005120A
JP2003005120A JP2001189334A JP2001189334A JP2003005120A JP 2003005120 A JP2003005120 A JP 2003005120A JP 2001189334 A JP2001189334 A JP 2001189334A JP 2001189334 A JP2001189334 A JP 2001189334A JP 2003005120 A JP2003005120 A JP 2003005120A
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JP
Japan
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light
mirror
convex mirror
lens
displacement
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Japanese (ja)
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Tamiaki Matsuura
民明 松浦
Hidekuni Aizawa
秀邦 相澤
Shigeru Niizawa
滋 新沢
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical deflecting device which can be made small-sized and have high durabilty and are flexibly adaptive to various specifications. SOLUTION: The optical deflecting device 31 is provided with a light emitting element 35, a convex mirror 43 which reflects the light emitted by the light emitting element 35, a driving means 41 which displaces a displacement surface 57 corresponding to an input voltage while the convex mirror 43 is fixed and held on the displacement surface 57, a light projection lens 39 which passes the light reflected by the convex mirror 43, a photodetection lens 45 which converges return light of the light passing through the projection lens 39 to irradiates an object of irradiation, and a photodetecting element 47 which photodetects and converts the return light passed through the photodetection lens 45 into electricity.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光ビームの伝搬方
向の角度を時間的に制御する光偏向装置に関し、特に、
ミラー可動機構を簡素化させることにより、装置の小型
化を可能にする改良技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical deflector for temporally controlling the angle of a light beam propagation direction, and more particularly,
The present invention relates to an improved technique that enables downsizing of a device by simplifying a mirror moving mechanism.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、店舗や工場等の多くでは、デジタ
ル情報を表すバーコードを物品に付し、これを光学的に
走査して情報を読み取ることで、商品の販売管理や製品
の生産管理等を行っている。一般にこの種のバーコード
は、バーコードに光を照射し、その反射光の強弱を光電
変換することで、その検出信号の組み合わせから情報を
読み取る。
2. Description of the Related Art In recent years, in many stores and factories, a bar code representing digital information is attached to an article, and the information is optically scanned to read the information, thereby controlling the sales of the article and the production of the article. And so on. In general, a barcode of this type irradiates the barcode with light and photoelectrically converts the intensity of the reflected light to read information from the combination of the detection signals.

【0003】すなわち、図5の概念図に示すように、発
光素子1からの光を発光レンズ3で絞り、この光をスキ
ャンミラー5のミラー7で反射し、被照射対象であるバ
ーコード9に照射する。バーコード9の全域に亘って光
を照射する為、ミラー7を揺動させる。揺動は、ミラー
7に取り付けたマグネット11を駆動コイル13内に嵌
挿し、駆動コイル13に例えば一定周期で正負の電流を
流すことで、駆動コイル13に対しマグネット11を吸
着・反発させ、揺動支点15を支軸にしてミラー7を揺
動させる。
That is, as shown in the conceptual diagram of FIG. 5, the light from the light emitting element 1 is narrowed down by the light emitting lens 3, this light is reflected by the mirror 7 of the scan mirror 5, and is reflected by the bar code 9 to be irradiated. Irradiate. Since the light is emitted over the entire area of the barcode 9, the mirror 7 is swung. The rocking is performed by inserting the magnet 11 attached to the mirror 7 into the drive coil 13 and causing a positive and negative current to flow through the drive coil 13 at a constant cycle, for example, to attract and repel the magnet 11 to the drive coil 13 and rock. The mirror 7 is swung about the fulcrum 15 as a pivot.

【0004】一方バーコード9面に照射した光は、乱反
射しながらもバーコードの白黒による光量変化をもって
再びミラー7に戻り、そこで反射された光は集光レンズ
17により集光され、受光素子19により光量変化を電
気的に変換して出力する。尚、読み取り精度向上の為、
受光素子19の前面にはバンドパスフィルタ(BPF)
21を設けて発光光周波数以外の不要な光の採光を防止
している。
On the other hand, the light radiated on the surface of the bar code 9 returns to the mirror 7 again due to a change in the amount of light due to the black and white of the bar code while being irregularly reflected, and the light reflected there is condensed by the condenser lens 17 and the light receiving element 19 is received. To electrically convert the change in the light amount and output it. In order to improve the reading accuracy,
A bandpass filter (BPF) is provided on the front surface of the light receiving element 19.
21 is provided to prevent the collection of unnecessary light other than the light emission frequency.

【0005】斯かる読み取り方式を装置化したものとし
て図6に示すバーコード読み取り用の光偏向装置(所
謂、ビームスキャナ)が提供されている。この光偏向装
置の構成は、図例の如く、発光素子1と発光レンズ3と
をハウジング25内に収めた発光機構Aと、受光素子1
9と受光レンズ17、BPF21をハウジング27内に
収めた受光機構Bとを基板29に搭載する。各ハウジン
グ25、27内での電気的接続はワイヤボンディングな
どにより行われる。そして揺動支点15を中心にスキャ
ンミラー5のミラー7を揺動可能に配置している。そし
てこれら、発光機構A、受光機構B及びスキャンミラー
5は図示しないフレーム内に収められてバーコード読み
取り用光偏向装置として形成される。
An optical deflector for reading a bar code (so-called beam scanner) shown in FIG. 6 is provided as a device of such a reading method. As shown in the drawing, the configuration of this light deflecting device includes a light emitting mechanism A in which a light emitting element 1 and a light emitting lens 3 are housed in a housing 25, and a light receiving element 1.
The light receiving mechanism B having the light receiving lens 9 and the light receiving lens 17 and the BPF 21 housed in the housing 27 is mounted on the substrate 29. Electrical connection within each housing 25, 27 is performed by wire bonding or the like. The mirror 7 of the scan mirror 5 is arranged to be swingable around the swing fulcrum 15. The light emitting mechanism A, the light receiving mechanism B, and the scan mirror 5 are housed in a frame (not shown) to form a bar code reading optical deflector.

【0006】また、バーコード9の全域に亘って光を照
射する機構には、上記した揺動式のスキャンミラーの他
に、回転鏡を用いるものがある。この回転鏡型の光偏向
装置は、ポリゴンミラーと称せられる多角柱鏡の面で光
ビームを反射させ、この多角柱鏡を中心軸の回りにモー
タで高速回転することにより、光ビームを偏向し、光ス
ポットを等速度繰り返し直線走査することができる。
Further, as a mechanism for irradiating light over the entire area of the bar code 9, there is a mechanism using a rotating mirror in addition to the above-mentioned swing type scan mirror. This rotating mirror type optical deflector deflects the light beam by reflecting the light beam on the surface of a polygonal mirror called a polygon mirror and rotating the polygonal mirror around a central axis at high speed by a motor. , The light spot can be linearly scanned repeatedly at a constant speed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の光偏向装置は、揺動軸を中心にミラーを揺動す
るスキャンミラーや、中心軸回りに多角柱鏡をモータで
回転するポリゴンミラーを用いていたため、回転軸、コ
イル、マグネットや、モータなどが必要になり、部品点
数が多く、これらミラー機構の占有スペースが大きくな
って装置全体の小型化に限界があった。また、回転軸や
それを支持する軸受などの磨耗部材を使用するため、耐
久性が低いとともに、これら非固定の可動部を有するた
め、外部からの衝撃に弱い欠点があった。さらに、近
年、多品種のバーコードに対応して光偏向装置の仕様が
多様化する傾向にあるが、スキャンミラーを用いた光偏
向装置では、角度センサーなどを用いた揺動角度制御の
追加機能が必要になり、ポリゴンミラーを用いた光偏向
装置では、多角柱鏡を仕様ごとに設計しなければなら
ず、いずれの光偏向装置も種々の仕様への柔軟対応が困
難で、汎用性の低い欠点があった。本発明は上記状況に
鑑みてなされたもので、小型化が達成でき、高い耐久性
が得られ、しかも、種々の仕様への柔軟対応が可能とな
る光偏向装置を提供することを目的とする。
However, the above-mentioned conventional optical deflector includes a scan mirror that swings a mirror around a swing axis and a polygon mirror that rotates a polygonal prism around a central axis by a motor. Since it is used, a rotary shaft, a coil, a magnet, a motor, etc. are required, the number of parts is large, the space occupied by these mirror mechanisms is large, and there is a limit to downsizing the entire device. In addition, since a wear member such as a rotary shaft and a bearing that supports the rotary shaft is used, the durability is low, and the non-fixed movable portion is included, which is weak against external impact. Further, in recent years, the specifications of the optical deflecting device tend to be diversified in response to various types of barcodes, but in the optical deflecting device using a scan mirror, an additional function of swing angle control using an angle sensor or the like is added. Therefore, in a light deflecting device using a polygon mirror, a polygonal mirror must be designed for each specification, and it is difficult for any of the light deflecting devices to flexibly meet various specifications, and the versatility is low. There was a flaw. The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an optical deflecting device that can achieve miniaturization, high durability, and flexibly comply with various specifications. .

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る請求項1記載の光偏向装置は、発光素子
と、該発光素子から出射した光を反射させる凸面鏡と、
該凸面鏡を変位面に固定保持して該変位面を入力電圧に
対応させて変位させる駆動手段と、前記凸面鏡によって
反射させた光を通過させる投光レンズと、該投光レンズ
を通過して被照射対象を照射した光の戻り光を集束する
受光レンズと、該受光レンズを通過した戻り光を受光し
て電気に変換する受光素子とを具備したことを特徴とす
る。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a light deflecting device comprising: a light emitting element; a convex mirror for reflecting light emitted from the light emitting element;
Driving means for fixedly holding the convex mirror on the displacement surface and displacing the displacement surface in response to an input voltage, a light projecting lens for passing the light reflected by the convex mirror, and a light projecting lens for passing through the light projecting lens. It is characterized by comprising a light receiving lens that focuses return light of the light that has irradiated the irradiation target, and a light receiving element that receives the return light that has passed through the light receiving lens and converts it into electricity.

【0009】この光偏向装置では、発光素子から出射し
た光を凸面鏡に当てて反射させるので、凸面鏡の小さな
変位で、光ビームの大きな揺動角が得られる。これによ
り、電圧を入力して変位面を微動往復させる例えば圧電
素子などの駆動手段を用いることができ、従来の揺動機
構で必要であった回転軸、コイル、マグネットの構成部
品が不要になり、装置の大幅な小型化が可能になる。ま
た、回転軸やそれを支持する軸受などの磨耗部がなくな
るので、耐久性が高まるとともに、全ての部品が固定し
て組み付けできるので、衝撃などに強い堅牢な可動機構
を実現できる。さらに、駆動手段への入力電圧に応じ、
変位面の変位速度、変位量が可変できるので、光ビーム
の偏向周波数、揺動角度が容易に制御可能となる。
In this optical deflector, the light emitted from the light emitting element is applied to the convex mirror and reflected, so that a large displacement angle of the light beam can be obtained with a small displacement of the convex mirror. As a result, it is possible to use a driving means such as a piezoelectric element that reciprocates the displacement surface by inputting a voltage, and the components of the rotating shaft, coil, and magnet, which are required in the conventional swing mechanism, are not required. Therefore, the size of the device can be greatly reduced. Further, since the rotating shaft and bearings supporting the rotating shaft are eliminated, durability is improved and all the parts can be fixed and assembled, so that a robust movable mechanism that is resistant to impact can be realized. Furthermore, depending on the input voltage to the driving means,
Since the displacement speed and the displacement amount of the displacement surface can be changed, the deflection frequency and the swing angle of the light beam can be easily controlled.

【0010】請求項2記載の光偏向装置は、前記凸面鏡
が、円筒外周面の少なくとも一部分を用いた凸面鏡であ
ることを特徴とする。
The optical deflector according to a second aspect of the invention is characterized in that the convex mirror is a convex mirror using at least a part of the outer peripheral surface of the cylinder.

【0011】この光偏向装置では、凸面鏡を、円筒外周
面の少なくとも一部分を用いた凸面鏡とすることで、凸
面鏡を製作容易にすることができる。すなわち、円筒体
の外面又は透明な円筒体の内面に鏡面を形成したり、円
柱、丸棒の外面に鏡面を形成することで、容易に凸面鏡
を作製できる。
In this optical deflecting device, the convex mirror can be easily manufactured by using the convex mirror that uses at least a part of the outer peripheral surface of the cylinder. That is, a convex mirror can be easily manufactured by forming a mirror surface on the outer surface of a cylindrical body or an inner surface of a transparent cylindrical body, or by forming a mirror surface on the outer surface of a cylinder or a round bar.

【0012】請求項3記載の光偏向装置は、前記駆動手
段が、圧電素子であることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an optical deflector in which the driving means is a piezoelectric element.

【0013】この光偏向装置では、駆動手段である圧電
素子に電圧を印加すると、圧電素子にひずみが生じ、そ
のひずみによって変位面の位置が移動、すなわち、変位
する。したがって、変位面に固定保持した凸面鏡は、発
光素子との相対位置が変化し、光ビームの反射角度がそ
の変位範囲で繰り返し変化する。これにより、光ビーム
の偏向が可能になる。
In this optical deflecting device, when a voltage is applied to the piezoelectric element which is the driving means, strain is generated in the piezoelectric element, and the position of the displacement surface moves, that is, is displaced by the strain. Therefore, the position of the convex mirror fixedly held on the displacement surface relative to the light emitting element changes, and the reflection angle of the light beam repeatedly changes within the displacement range. This allows the deflection of the light beam.

【0014】請求項4記載の光偏向装置は、前記圧電素
子の変位面に凸曲面を形成し、該凸曲面に金属を蒸着し
て前記凸面鏡を形成したことを特徴とする。
An optical deflector according to a fourth aspect is characterized in that a convex curved surface is formed on the displacement surface of the piezoelectric element, and metal is deposited on the convex curved surface to form the convex mirror.

【0015】この光偏向装置では、圧電素子の変位面に
凸曲面を形成し、その凸曲面に金属を蒸着して凸面鏡を
得る。変位面に形成する凸曲面は、圧電素子材料自身に
より、又は他の成形材料を付着させることにより形成で
きる。このような一体形成構造とすれば、別体の凸面鏡
を接着するのに比較してさらなる小型化、堅牢化が可能
になる。
In this optical deflector, a convex curved surface is formed on the displacement surface of the piezoelectric element, and metal is deposited on the convex curved surface to obtain a convex mirror. The convex curved surface formed on the displacement surface can be formed by the piezoelectric element material itself or by adhering another molding material. With such an integrally formed structure, it is possible to further reduce the size and make it more robust than when a separate convex mirror is bonded.

【0016】請求項5記載の光偏向装置は、前記投光レ
ンズが、前記凸面鏡で反射することによって非円形とな
った光スポット像を、元の円形光スポット像へ収差させ
るレンズ面を有することを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the optical deflector according to the fifth aspect, wherein the light projecting lens has a lens surface that aberrates the non-circular light spot image reflected by the convex mirror into the original circular light spot image. Is characterized by.

【0017】この光偏向装置では、発光素子から出射し
た光が光ビームとなって凸面鏡に入射した後反射すると
き、光ビームによって結像する光スポット像が歪曲収差
によって円形から非円形となるが、投光レンズが、この
非円形光スポット像を結像する光ビームを逆収差する
(すなわち、収差を補正する)ことにより、非円形光ス
ポット像が元の円形光スポット像になる。
In this optical deflecting device, when the light emitted from the light emitting element becomes a light beam and is incident on the convex mirror and then reflected, the light spot image formed by the light beam changes from circular to non-circular due to distortion. The light projecting lens reversely aberrates the light beam forming the non-circular light spot image (that is, corrects the aberration), so that the non-circular light spot image becomes the original circular light spot image.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る光偏向装置の
好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図
1は本発明に係る光偏向装置の断面図、図2は図1のX
−X矢視図、図3は凸面鏡の拡大斜視図、図4は凸面鏡
の前、後、投光レンズの後における光スポット像の形状
を光ビームの揺動角度ごとに表した説明図である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Preferred embodiments of an optical deflecting device according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of an optical deflecting device according to the present invention, and FIG.
-X arrow view, FIG. 3 is an enlarged perspective view of the convex mirror, and FIG. 4 is an explanatory view showing the shape of the light spot image before and after the convex mirror and after the projection lens for each swing angle of the light beam. .

【0019】本実施の形態による光偏向装置31は、樹
脂材料により成形したパッケージ33に、発光素子35
と、第一、第二投光レンズ37、39と、駆動手段(圧
電素子)41と、凸面鏡(円筒型ミラー)43と、受光
レンズ45と、受光素子47とを備えてなる。
The light deflecting device 31 according to the present embodiment includes a light emitting element 35 in a package 33 formed of a resin material.
The first and second light projecting lenses 37 and 39, the driving means (piezoelectric element) 41, the convex mirror (cylindrical mirror) 43, the light receiving lens 45, and the light receiving element 47.

【0020】パッケージ33は、内部に直方体形状の収
容空間(キャビティ)49を有している。キャビティ4
9の一つの内面51には、発光素子35を取り付けてあ
り、発光素子35は内面51に垂直な方向に光ビームL
bを出射する。発光素子35は、光ビーム出射方向前方
に、出射光を絞り光ビームLbとする第一投光レンズ3
7を有している。発光素子35は、内部電極にそれぞれ
接続した複数のリード53を、パッケージ33の壁部を
貫通して外部へ導出している。
The package 33 has a rectangular parallelepiped accommodating space (cavity) 49 therein. Cavity 4
A light emitting element 35 is attached to one inner surface 51 of the light source 9, and the light emitting element 35 emits the light beam L in a direction perpendicular to the inner surface 51.
b is emitted. The light emitting element 35 is located at the front of the light beam emitting direction, and the first light projecting lens 3 which makes the emitted light a stop light beam Lb.
Have 7. In the light emitting element 35, a plurality of leads 53, which are respectively connected to the internal electrodes, extend through the wall portion of the package 33 to the outside.

【0021】発光素子35を固定した内面51と直交す
る他の内面55には圧電素子41を固定している。この
圧電素子41も各電極にそれぞれ接続した複数のリード
53を、パッケージ33の壁部を貫通して外部へ導出し
ている。圧電素子41は、板状に形成され、下面を内面
55に固定する。圧電素子41は、この下面と平行な表
面が変位面57となる。圧電素子41は、この下面と変
位面57とを挟んで図示しない対向電極を平行に設け、
この対向電極間に所定の電圧を印加することで、その印
加電圧を対向電極間の距離変化として変換する。すなわ
ち、圧電素子41は、印加電圧に対応して変位面57
が、内面55に垂直な方向に平行移動(変位)する直線
運動型のアクチュエータとなっている。
The piezoelectric element 41 is fixed to another inner surface 55 orthogonal to the inner surface 51 to which the light emitting element 35 is fixed. The piezoelectric element 41 also has a plurality of leads 53 connected to the respective electrodes and led out to the outside through the wall portion of the package 33. The piezoelectric element 41 is formed in a plate shape and fixes the lower surface to the inner surface 55. The surface of the piezoelectric element 41 parallel to the lower surface serves as the displacement surface 57. In the piezoelectric element 41, opposite electrodes (not shown) are provided in parallel with the lower surface and the displacement surface 57 sandwiched therebetween.
By applying a predetermined voltage between the opposing electrodes, the applied voltage is converted as a change in the distance between the opposing electrodes. That is, the piezoelectric element 41 has the displacement surface 57 corresponding to the applied voltage.
Is a linear motion type actuator that translates (displaces) in a direction perpendicular to the inner surface 55.

【0022】この圧電素子41としては、機械的に強度
の高いチタン酸バリウム、及びその同類であるPZT
(チタンジルコン酸鉛)などの一群の磁気物質や、感度
の高いロシェル塩などを用いることができる。
As the piezoelectric element 41, barium titanate, which has high mechanical strength, and PZT, which is a similar material thereof, are used.
A group of magnetic substances such as (lead titan zirconate), a highly sensitive Rochelle salt, and the like can be used.

【0023】なお、本実施の形態では、駆動手段が圧電
素子41である場合を例に説明するが、本発明に係る光
偏向装置は、駆動手段として、変位面を入力電圧に対応
させて変位させることのできる可撓薄膜(ダイヤフラ
ム)などを用いてもよい。この駆動手段では、高抵抗体
層を有するダイヤフラムを、スペーサによって間隙を隔
てて基板上に設け、このダイヤフラムと基板との間に電
圧を印加することで、ダイヤフラムの高抵抗体層に静電
誘導された電荷と基板の電極との間に作用するクローン
力によって、ダイヤフラムを基板に対して変位させるこ
とができる。
In the present embodiment, the case where the driving means is the piezoelectric element 41 will be described as an example, but the optical deflector according to the present invention serves as the driving means and displaces the displacement surface in correspondence with the input voltage. A flexible thin film (diaphragm) that can be used may be used. In this driving means, a diaphragm having a high resistance layer is provided on a substrate with a spacer therebetween with a gap, and a voltage is applied between the diaphragm and the substrate to electrostatically induce induction in the high resistance layer of the diaphragm. The cloning force acting between the applied charge and the electrodes of the substrate allows the diaphragm to be displaced with respect to the substrate.

【0024】圧電素子41の変位面57には、少なくと
も外周面の一部が反射面となった別体の円筒型ミラー4
3を接着固定している。円筒型ミラー43は、円筒を中
心軸に平行な一つ又は二つの断面で切断した反円筒、或
いは1/4円筒であってもよい。なお、本実施の形態で
は、凸面鏡が円筒型ミラー43である場合を例に説明す
るが、凸面鏡は筒体中心軸に直交する断面形状が、真円
以外の円、例えば楕円、長円、その他任意な凸曲面から
なる反射面を有するものであってもよい。本実施の形態
のように、凸面鏡を円筒型ミラー43とすれば、円筒体
の外面又は透明な円筒体の内面に鏡面を形成したり、円
柱、丸棒の外面に鏡面を形成することで、容易に凸面鏡
を作製することができる。
On the displacement surface 57 of the piezoelectric element 41, at least a part of the outer peripheral surface is a reflecting surface, which is a separate cylindrical mirror 4.
3 is fixed by adhesion. The cylindrical mirror 43 may be an anti-cylinder obtained by cutting the cylinder in one or two cross sections parallel to the central axis, or a quarter cylinder. In the present embodiment, the case where the convex mirror is the cylindrical mirror 43 is described as an example, but the convex mirror has a cross-sectional shape orthogonal to the central axis of the cylindrical body, such as a circle other than a perfect circle, for example, an ellipse, an oval, or the like. It may have a reflecting surface formed of an arbitrary convex curved surface. When the convex mirror is the cylindrical mirror 43 as in the present embodiment, by forming a mirror surface on the outer surface of the cylindrical body or the inner surface of the transparent cylindrical body, or by forming the mirror surface on the outer surface of the cylinder or the round bar, A convex mirror can be easily manufactured.

【0025】円筒型ミラー43は、中心軸が内面55に
平行で、且つ発光素子35から出射する光ビームLb
に、中心軸が直交する向きで変位面57に固定される。
発光素子35から出射した光ビームLbは、図3に示す
ように、円筒型ミラー43の外周面に形成した反射面に
入射して、その入射位置における法線に対称に(すなわ
ち、入射角と反射角とが等しく)反射する。
The cylindrical mirror 43 has a central axis parallel to the inner surface 55 and a light beam Lb emitted from the light emitting element 35.
And is fixed to the displacement surface 57 in a direction in which the central axes are orthogonal to each other.
As shown in FIG. 3, the light beam Lb emitted from the light emitting element 35 is incident on the reflection surface formed on the outer peripheral surface of the cylindrical mirror 43 and is symmetrical with respect to the normal line at the incident position (that is, the incident angle Reflection angle is the same).

【0026】圧電素子41は、印加電圧に応じて変位面
57を変位させ、円筒型ミラー43を内面55に垂直な
方向に往復移動させる。したがって、光ビームLbの円
筒型ミラー43に対する入射点は移動する。つまり、光
ビームLbは、円筒型ミラー43の反射面を、円弧方向
に往復移動することになる。これにより、発光素子35
と円筒型ミラー43との相対位置が繰り返し変化して、
光ビームLbの偏向が可能になる。
The piezoelectric element 41 displaces the displacement surface 57 according to the applied voltage, and reciprocates the cylindrical mirror 43 in the direction perpendicular to the inner surface 55. Therefore, the incident point of the light beam Lb on the cylindrical mirror 43 moves. That is, the light beam Lb reciprocates in the arc direction on the reflecting surface of the cylindrical mirror 43. Thereby, the light emitting element 35
And the relative position of the cylindrical mirror 43 repeatedly change,
The light beam Lb can be deflected.

【0027】図1には、円筒型ミラー43の半径が2m
m、光ビームLbの揺動角が50度の場合の、円筒型ミ
ラー43の変位量イ、ロ、ハと、光ビームLbの光路
A、B、Cを示している。Aの光路は、発光素子35よ
り出射した光ビームLbが45度の入射角となったと
き。Bの光路は、円筒型ミラー43が変位量イで前進し
(図1の下方へ移動し)、発光素子35より出射した光
ビームLbが32.5度の入射角となったとき。Cの光
路は、円筒型ミラー43が変位量ロで後退し(図1の上
方へ移動し)、発光素子35より入射した光ビームLb
が57.5度の入射角となったときを表す。なお、変位
量イ、ロは、それぞれの反射角に対する円筒型ミラー4
3の相対移動量を表し、イ=0.2726mm、ロ=
0.3396mm、ハ=イ+ロ=0.6122mmであ
る。
In FIG. 1, the radius of the cylindrical mirror 43 is 2 m.
m, the displacement amounts a, b, and c of the cylindrical mirror 43 and the optical paths A, B, and C of the light beam Lb when the swing angle of the light beam Lb is 50 degrees. The optical path of A is when the light beam Lb emitted from the light emitting element 35 has an incident angle of 45 degrees. The optical path of B is when the cylindrical mirror 43 moves forward by the displacement amount i (moves downward in FIG. 1) and the light beam Lb emitted from the light emitting element 35 has an incident angle of 32.5 degrees. In the optical path of C, the light beam Lb incident from the light emitting element 35 due to the cylindrical mirror 43 retreating (moving upward in FIG. 1) due to the displacement b
Represents an incident angle of 57.5 degrees. The displacement amounts a and b are the cylindrical mirror 4 for each reflection angle.
3 represents the relative movement amount, i = 0.2726 mm, b =
It is 0.3396 mm and Ha = i + b = 0.6122 mm.

【0028】したがって、発光素子35からの光ビーム
Lbは、円筒型ミラー43の変位量をハ=0.6122
mmとすれば、50度の角度で揺動させることができ
る。この円筒型ミラー43では、光ビームLbが、外周
に近づく程、変位量に対する揺動角が大きくなる特性を
有する。なお、図中、a、b、cはそれぞれの反射点に
おける法線を示す。
Therefore, the light beam Lb from the light emitting element 35 changes the displacement of the cylindrical mirror 43 by c = 0.6122.
If it is mm, it can be swung at an angle of 50 degrees. The cylindrical mirror 43 has a characteristic that the swing angle with respect to the displacement amount increases as the light beam Lb approaches the outer circumference. In the figure, a, b, and c indicate normal lines at the respective reflection points.

【0029】パッケージ33は、一側面59に、円筒型
ミラー43によって反射した光ビームLbを外部へ照射
する開口部61を有している。この開口部61には第二
投光レンズ39を嵌着している。発光素子35から出射
された光は、光ビームLbとなって円筒型ミラー43に
入射した後反射する。このとき、光ビームLbによって
結像する光スポット像は、図4に示すように、歪曲収差
によって円形から非円形(略楕円形)となる。第二投光
レンズ39は、この非円形光スポット像を結像する光ビ
ームを逆収差する(すなわち、収差を修正する)ことに
より、元の円形光スポット像にするレンズ面を有してい
る。
The package 33 has an opening 61 on one side surface 59 for irradiating the light beam Lb reflected by the cylindrical mirror 43 to the outside. The second light projecting lens 39 is fitted in the opening 61. The light emitted from the light emitting element 35 becomes a light beam Lb, enters the cylindrical mirror 43, and is then reflected. At this time, the light spot image formed by the light beam Lb changes from a circular shape to a non-circular shape (substantially elliptical) due to distortion, as shown in FIG. The second light projecting lens 39 has a lens surface that makes the original circular light spot image by performing reverse aberration (that is, correcting the aberration) on the light beam that forms this non-circular light spot image. .

【0030】パッケージ33は、一側面59に開口部6
1に並んで受光用の開口部63を有している。この開口
部63には受光レンズ45を嵌着している。受光レンズ
45は、被照射対象であるバーコードを照射した光ビー
ムLbの戻り光を集束してパッケージ33内に取り込
む。パッケージ33内部の受光レンズ45の後方には受
光素子47を内設している。受光素子47は、内部電極
にそれぞれ接続した複数のリード53を、パッケージ3
3の壁部を貫通して外部へ導出している。受光素子47
は、受光レンズ45によって集束された戻り光を光電変
換して、出力信号としてリード53へ送出する。
The package 33 has an opening 6 on one side surface 59.
1 has an opening 63 for receiving light. The light receiving lens 45 is fitted in the opening 63. The light receiving lens 45 focuses the return light of the light beam Lb that irradiates the barcode to be irradiated and captures it in the package 33. A light receiving element 47 is internally provided behind the light receiving lens 45 inside the package 33. The light receiving element 47 includes a plurality of leads 53, which are respectively connected to the internal electrodes, in the package 3
It penetrates through the wall portion 3 and is led to the outside. Light receiving element 47
Photoelectrically converts the return light focused by the light receiving lens 45 and sends it to the lead 53 as an output signal.

【0031】光偏向装置31は、リード53のそれぞれ
を図示しない制御回路に接続する。制御回路は、発光素
子35、圧電素子41、受光素子47をそれぞれ制御す
るとともに、上位のコンピュータと制御信号や検出信号
の送受信を行うように動作する。
The optical deflector 31 connects each of the leads 53 to a control circuit (not shown). The control circuit controls the light emitting element 35, the piezoelectric element 41, and the light receiving element 47, respectively, and operates to transmit and receive control signals and detection signals to and from the host computer.

【0032】このように構成した光偏向装置31では、
発光素子35が、図示しない制御回路により発光する
と、その光が第一投光レンズ37により集束され、円筒
型ミラー43で反射する。円筒型ミラー43は、圧電素
子41の変位面57が往復直線運動することにより、光
ビームLbの照射点を移動させて、光ビームLbを所定
の揺動角度で偏向する。
In the optical deflector 31 having the above structure,
When the light emitting element 35 emits light by a control circuit (not shown), the light is focused by the first light projecting lens 37 and reflected by the cylindrical mirror 43. The cylindrical mirror 43 moves the irradiation point of the light beam Lb by the reciprocating linear movement of the displacement surface 57 of the piezoelectric element 41, and deflects the light beam Lb at a predetermined swing angle.

【0033】円筒型ミラー43で反射した光ビームLb
は、第二投光レンズ39を通過することで、歪曲収差し
た光スポット像を修正して、図示しないバーコードに照
射させる。偏向された光ビームLbは、バーコードの全
域を照射、すなわち、走査する。
Light beam Lb reflected by the cylindrical mirror 43
Passes through the second light projecting lens 39 to correct the distorted light spot image and irradiate it on a bar code (not shown). The deflected light beam Lb irradiates or scans the entire area of the barcode.

【0034】バーコード面に照射した光は、乱反射しな
がらもバーコードの白黒による光量変化をもって受光レ
ンズ45に入り、集束されて受光素子47に入る。受光
素子47は、この光を光電変換し、バーコードのパター
ンを電気信号としてリード53へ出力する。この出力信
号は、図示しないコンピュータに送られて処理され、バ
ーコード情報が解読されることになる。
The light radiated to the bar code surface enters the light receiving lens 45 while being diffusely reflected while the light quantity of the bar code changes in black and white, and then converges and enters the light receiving element 47. The light receiving element 47 photoelectrically converts this light and outputs the barcode pattern as an electrical signal to the lead 53. This output signal is sent to a computer (not shown) for processing, and the bar code information is decoded.

【0035】このように、上記の光偏向装置31によれ
ば、発光素子35から出射した光を円筒型ミラー43に
当てて反射させるので、円筒型ミラー43の小さな変位
で、光ビームLbを大きく揺動させることができる。こ
れにより、電圧を入力して変位面57を微動往復させる
圧電素子41を用いることができ、従来の揺動機構で必
要であった回転軸、コイル、マグネットの構成部品を不
要にして、装置を小型化することができる。また、回転
軸やそれを支持する軸受などの磨耗部がなくなるので、
耐久性が高まり、且つ全ての部品が固定できるので、衝
撃などに強い堅牢な可動機構を実現できる。さらに、圧
電素子41への入力電圧に応じ、変位面57の変位速
度、変位量を可変できるので、光ビームLbの偏向周波
数、揺動角度を容易に制御することができる。
As described above, according to the above-mentioned optical deflector 31, since the light emitted from the light emitting element 35 is applied to the cylindrical mirror 43 and reflected, the light beam Lb can be increased by a small displacement of the cylindrical mirror 43. Can be rocked. As a result, it is possible to use the piezoelectric element 41 that inputs a voltage and finely reciprocates the displacement surface 57, and the components of the rotating shaft, the coil, and the magnet, which are required in the conventional swing mechanism, are not required, and the device can be used. It can be miniaturized. Also, since the wear parts such as the rotating shaft and the bearings that support it are eliminated,
Since the durability is increased and all parts can be fixed, a robust movable mechanism that is resistant to impacts can be realized. Further, since the displacement speed and the displacement amount of the displacement surface 57 can be changed according to the input voltage to the piezoelectric element 41, the deflection frequency and the swing angle of the light beam Lb can be easily controlled.

【0036】なお、上記した円筒型ミラー43は、別体
のものを変位面57に接着固定する場合を例に説明した
が、円筒型ミラー43は、圧電素子41の変位面57に
凸曲面を形成し、この凸曲面に金属を蒸着して凸面鏡を
形成するものであってもよい。変位面に形成する凸曲面
は、圧電素子材料自身により、又は他の成形材料を付着
させることにより形成できる。このような駆動手段一体
型凸面鏡とすれば、別体の円筒型ミラー43を接着する
構造に比較してさらなる小型化、堅牢化が可能になる。
The cylindrical mirror 43 described above has been described as an example in which a separate member is adhered and fixed to the displacement surface 57, but the cylindrical mirror 43 has a convex curved surface on the displacement surface 57 of the piezoelectric element 41. The convex mirror may be formed by depositing metal on the convex curved surface. The convex curved surface formed on the displacement surface can be formed by the piezoelectric element material itself or by adhering another molding material. By using such a convex mirror integrated with driving means, it is possible to further reduce the size and make it more robust than the structure in which a separate cylindrical mirror 43 is bonded.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る光偏向装置によれば、発光素子から出射した光を凸面
鏡に当てて反射させるので、凸面鏡の小さな変位で、光
ビームを大きく揺動させることができる。これにより、
電圧を入力して変位面を微動往復させる圧電素子などの
駆動手段を用いることができ、従来の揺動機構で必要で
あった回転軸、コイル、マグネットの構成部品が不要に
なり、装置を大幅に小型化することができる。また、回
転軸やそれを支持する軸受などの磨耗部がなくなるの
で、耐久性を高めることができるとともに、全ての部品
を固定できるので堅牢な可動機構を得ることができる。
さらに、駆動手段への入力電圧によって、変位速度、変
位量が可変できるので、光ビームの偏向周波数、揺動角
度が容易に制御可能となり、種々の仕様への柔軟対応を
可能にして、汎用性を高めることができる。
As described in detail above, according to the optical deflecting device of the present invention, the light emitted from the light emitting element is applied to the convex mirror to be reflected, so that a small displacement of the convex mirror causes the light beam to largely fluctuate. Can be moved. This allows
It is possible to use driving means such as a piezoelectric element that makes a fine movement back and forth on the displacement surface by inputting a voltage, and the components of the rotating shaft, coil, and magnet, which were required in the conventional swing mechanism, are no longer required, and the device can be greatly expanded. It can be miniaturized. Further, since the rotating shaft and the bearings that support the rotating shaft are eliminated, durability can be improved and all parts can be fixed, so that a robust movable mechanism can be obtained.
Further, since the displacement speed and the displacement amount can be changed by the input voltage to the driving means, the deflection frequency and the swing angle of the light beam can be easily controlled, which enables flexible correspondence to various specifications and versatility. Can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る光偏向装置の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of an optical deflecting device according to the present invention.

【図2】図1のX−X矢視図である。FIG. 2 is a view on arrow XX in FIG.

【図3】凸面鏡の拡大斜視図である。FIG. 3 is an enlarged perspective view of a convex mirror.

【図4】凸面鏡の前、後、投光レンズの後における光ス
ポット像の形状を光ビームの揺動角度ごとに表した説明
図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the shape of a light spot image before and after a convex mirror and after a light projecting lens for each swing angle of a light beam.

【図5】従来の光読み取り方式を説明する概念図であ
る。
FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating a conventional optical reading method.

【図6】従来のバーコード読み取り用光偏向装置の断面
図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a conventional bar code reading optical deflector.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

31…光偏向装置、35…発光素子、39…第二投光レ
ンズ(投光レンズ)、41…圧電素子(駆動手段)、4
3…円筒型ミラー(凸面鏡)、45…受光レンズ、47
…受光素子、57…変位面
31 ... Optical deflecting device, 35 ... Light emitting element, 39 ... Second light projecting lens (light projecting lens), 41 ... Piezoelectric element (driving means), 4
3 ... Cylindrical mirror (convex mirror), 45 ... Light receiving lens, 47
... Light receiving element, 57 ... Displacement surface

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新沢 滋 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 Fターム(参考) 2H045 AC01 BA18 DA31 5B072 AA03 CC21 CC24 LL01 LL07 LL11 LL18    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Shigeru Niizawa             6-735 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Soni             -Inside the corporation F term (reference) 2H045 AC01 BA18 DA31                 5B072 AA03 CC21 CC24 LL01 LL07                       LL11 LL18

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 発光素子と、該発光素子から出射した光
を反射させる凸面鏡と、 該凸面鏡を変位面に固定保持して該変位面を入力電圧に
対応させて変位させる駆動手段と、 前記凸面鏡によって反射させた光を通過させる投光レン
ズと、 該投光レンズを通過して被照射対象を照射した光の戻り
光を集束する受光レンズと、該受光レンズを通過した戻
り光を受光して電気に変換する受光素子とを具備したこ
とを特徴とする光偏向装置。
1. A light emitting element, a convex mirror for reflecting light emitted from the light emitting element, driving means for fixing and holding the convex mirror on a displacement surface and displacing the displacement surface in response to an input voltage, and the convex mirror. A light projecting lens that passes the light reflected by the light receiving lens, a light receiving lens that focuses the return light of the light that has passed through the light projecting lens and illuminates the irradiation target, and a light receiving lens that receives the return light that has passed through the light receiving lens. An optical deflector comprising: a light receiving element for converting into electricity.
【請求項2】 前記凸面鏡が、円筒外周面の少なくとも
一部分を用いた凸面鏡であることを特徴とする請求項1
記載の光偏向装置。
2. The convex mirror is a convex mirror using at least a part of a cylindrical outer peripheral surface.
The optical deflector described.
【請求項3】 前記駆動手段が、圧電素子であることを
特徴とする請求項1記載の光偏向装置。
3. The optical deflector according to claim 1, wherein the driving means is a piezoelectric element.
【請求項4】 前記圧電素子の変位面に凸曲面を形成
し、該凸曲面に金属を蒸着して前記凸面鏡を形成したこ
とを特徴とする請求項1記載の光偏向装置。
4. The optical deflector according to claim 1, wherein a convex curved surface is formed on the displacement surface of the piezoelectric element, and metal is deposited on the convex curved surface to form the convex mirror.
【請求項5】 前記投光レンズが、前記凸面鏡で反射す
ることによって非円形となった光スポット像を、元の円
形光スポット像へ収差させるレンズ面を有することを特
徴とする請求項1又は2記載の光偏向装置。
5. The light projecting lens has a lens surface that aberrates a light spot image that is non-circular by being reflected by the convex mirror into an original circular light spot image. 2. The optical deflector according to item 2.
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