JP2003315722A

JP2003315722A - 光学シンボル読取装置用光学ユニット

Info

Publication number: JP2003315722A
Application number: JP2002121513A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Otsubo; 祐介大坪
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2002-04-23
Filing date: 2002-04-23
Publication date: 2003-11-06
Anticipated expiration: 2022-04-23
Also published as: US6969005B2; JP4364482B2; US20040026512A1

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的簡単な構造を有し製造コスト及び電力
効率等のバランスがとれた光走査機構を有する光学シン
ボル読取装置用光学ユニットを提供する。【解決手段】レーザ光を出射する光源１１と、そのレ
ーザ光を反射する反射面１８ａを電磁力によって角揺動
させることによりレーザ光で光学シンボルを走査する光
走査機構と、光学シンボルからの反射光を受光して、光
学シンボルの明暗パターンに対応する受光量の変化を電
気信号に変換する光検出器１５とを備えている。光走査
機構は反射面１８ａを有するローター１２をベース１０
に対して角揺動自在に支持するルースベアリング構造を
備え、ルースベアリング構造を構成するシャフト１９の
外径と軸受孔２６の内径との間に所定の軸受間隙が形成
されている。また、シャフト１９の外周面の一部分を軸
受孔２６の内周面に当接させるようにコイルばね２９が
ローター１２を一定の方向に弾性付勢している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バーコードリーダ
のような光学シンボル読取装置に内蔵される光学ユニッ
トに関し、特に、光学シンボルを走査するレーザ光を繰
り返し偏向する光走査機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】バーコードリーダのような光学シンボル
読取装置として、バーコード等の光シンボルをレーザ光
で走査するタイプのものがある。このタイプの光学シン
ボル読取装置では、半導体レーザ等の光源から発したレ
ーザ光が光走査機構で一次元又は二次元方向に繰り返し
偏向され、光シンボル（以下、バーコードという）を走
査する。そして、バーコードからの反射光は集光レンズ
を通ってフォトダイオード等の光検出器で受光され、光
検出器から出力される電気信号に基づいてバーコードが
デコード（解読）される。

【０００３】光走査機構として、ポリゴンミラー（回転
多面鏡ともいう）やミラー（ガルバノミラーと言われる
ことがある）を用いた機構が知られている。ミラーを用
いた光走査機構では、光源から発したレーザ光をミラー
で反射させてバーコードに向かわせ、一定の周期でミラ
ー（の反射面）を細かく振動させることにより、レーザ
光がバーコードを走査するように構成されている。ミラ
ーの振動（以下、角揺動という）を実現する構造とし
て、従来は以下のような構造が用いられている。

【０００４】（１）板ばね部材の一端側が固定され、他
端側が自由端としてミラーを保持する。ミラーには永久
磁石が固定され、その近傍に配置された電磁コイルを所
定の周期で励磁することによって永久磁石を介してミラ
ーに駆動力を与える。ミラーは電磁コイルからの駆動力
と板ばね部材の復元力とによって振動（角揺動）する。
このような板ばね方式は、例えば特開平７−２５４０４
１号公報、又は特開平１１−３２６８０５号公報に記載
されている。

【０００５】（２）別の構造として、回転軸とその軸受
を備えた回転機構を用いたものがある。回転部材（揺動
部材）にミラーと永久磁石が固定され、回転部材の近傍
に設置された磁性体と永久磁石との間に吸引力が働くと
共に、電磁コイルを所定の周期で励磁することによって
永久磁石を上記の吸引力と逆方向に付勢する。ミラーは
電磁コイルからの駆動力と上記の吸引力（復元力として
作用する）とによって振動（角揺動）する。

【０００６】また、ミラーの駆動方法すなわち電磁コイ
ルの励磁方法として、自励方式と他励方式とがある。こ
こでいう自励方式は、ミラーを含む回転部材（揺動部
材）の慣性モーメントと復元力によって決まる共振周波
数に同期した励磁を行うことを意味する。また、他励方
式は、共振周波数よりも低い周波数の励磁電流で強制的
な駆動力を与える他励方式を意味する。自励方式は励磁
電流が少なくなり駆動電力効率が最大になる利点がある
が、共振周波数が機械的構造で決まり設計の自由度が低
い欠点を有する。他励方式では駆動周期（周波数）をあ
る程度自由に設定できるが、共振現象を利用しないので
駆動電力を多く消費し駆動電力効率が低い欠点を有す
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のミラーの角揺動
構造（１）は、板ばね保持部等の構造が細かく複雑にな
ると共に、落下時の衝撃や輸送時の振動等によって板ば
ねが損傷を受け易いという問題がある。この問題を改善
するために、板ばねの自由端側に保持されたミラーの通
常の角揺動の範囲を超える動きを制限するストッパー機
構を加えたり、ストッパーとミラーとが接触する際の衝
撃を吸収する弾性部材を設けたりする工夫が採用可能で
ある。あるいは、ミラー及び永久磁石を含む回転部材
（揺動動部材）の重心と回転中心とを一致させ、回転中
心を一定の間隙を保って固定する工夫が採用可能であ
る。

【０００８】しかしながら、いずれの改善方法を採用す
るにしても部材点数の増加や構造の複雑化が生じ、製造
コストが高くなってしまう。また、他励方式を採用する
場合は、板ばねの弾性係数を高く設計することによって
機械的強度を高め、衝撃や振動に強くすることも考えら
れるが、前述の通り駆動電力効率が低く多くの駆動電流
を消費する欠点がある。

【０００９】また、上述のミラーの角揺動構造（２）
は、構造が単純であり落下時の衝撃や輸送時の振動に強
いという長所を有するが、軸と軸受との摺動摩擦による
損失が大きいという問題がある。さらには、復元力とな
る磁力（吸引力）を発生する磁性体及び永久磁石の特性
ばらつきと温度変化に対する特性変動が大きいために、
自励方式の採用は困難である。つまり、駆動電力効率が
低い他励方式を採用せざるを得ない。

【００１０】軸と軸受との摺動摩擦を軽減するために潤
滑油を塗布した場合は、潤滑油の粘性の温度特性に起因
する性能ばらつきが発生しやすくなる。また、磁性体と
永久磁石との間に働く吸引力は両者間の距離の２乗に反
比例し、永久磁石（回転部材側）の回転に伴い磁性体と
永久磁石との配置によっては両者間の距離が非線形に変
化する。したがって、ミラーの円滑で安定した角揺動を
得るためには、駆動電流波形に特別な工夫が要求される
こともある。

【００１１】本発明は、上記のような従来の課題を解決
し、比較的簡単な構造を有し製造コスト及び電力効率等
のバランスがとれた光走査機構を有する光学シンボル読
取装置用光学ユニットを提供することを目的とする。ま
た、そのような光学ユニットの小型化を図ることも本発
明の目的である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による光学シンボ
ル読取装置用光学ユニットは、レーザ光を出射する光源
と、該光源からのレーザ光を反射する反射面を電磁力に
よって角揺動させることによりレーザ光で光学シンボル
を走査する光走査機構と、光学シンボルからの反射光を
受光して、光学シンボルの明暗パターンに対応する受光
量の変化を電気信号に変換する光検出器とを備えた光学
シンボル読取装置用光学ユニットであって、光走査機構
は反射面を有する揺動部材を固定側部材に対して角揺動
自在に支持するルースベアリング構造を備え、ルースベ
アリング構造を構成するシャフトの外径と軸受孔の内径
との間に所定の軸受間隙が形成され、かつ、シャフトの
外周面の一部分を軸受孔の内周面に当接させるように揺
動部材を一定の方向に弾性付勢する手段を備えているこ
とを特徴とする。

【００１３】このような構成では、ルースベアリング構
造によって摩擦抵抗が小さくなる効果が得られ、しかも
揺動部材を一定の方向に弾性付勢する手段によって安定
した光走査面が得られる。軸受方式であるので、従来の
板ばね部材を用いた支持構造のように複雑にならず、光
学ユニット全体の小型化が可能になる。しかも、衝撃や
輸送振動に強い特徴も有する。

【００１４】好ましい実施形態において、上記の軸受間
隙はシャフトの外径の５〜５０％、更に好ましくは１０
％程度である。一般的な回転機構における軸受間隙は１
％以下であり、本発明の光学ユニットに採用するルース
ベアリング構造はかなり大きな軸受間隙を有する。

【００１５】具体例として、揺動部材の略中心部を貫通
する軸受孔と、固定側部材に固定されて揺動部材の軸受
孔に挿通されたシャフトとによってルースベアリング構
造が構成される。あるいは、揺動部材の略中心部に固定
されたシャフトと、固定側部材に設けられた軸受孔を有
する軸受部とによってルースベアリング構造が構成され
る。

【００１６】また、揺動部材を弾性付勢する手段の具体
例として、揺動部材の掛止部と固定側部材の掛止部との
間にコイルばね（引張りばね）が掛け渡された比較的簡
単な構成を採用できる。

【００１７】別の好ましい実施形態において、揺動部材
の一端側に永久磁石が設けられると共に他端側に永久磁
石と同程度の質量を有するバランサが設けられ、永久磁
石との間で電磁力を発生させる電磁コイルが固定側部材
に設けられている。バランサを設けることによって揺動
部材の重心を角揺動の中心軸上に位置させることがで
き、その結果、揺動部材の角揺動ひいてはレーザ光の走
査が安定する。

【００１８】更に別の好ましい実施形態において、揺動
部材を弾性付勢する手段が揺動部材の掛止部と固定側部
材の掛止部との間に掛け渡されたコイルばねであり、該
コイルばねを挟んで両側の空間に光源と電磁コイルが振
り分け配置され、揺動部材の一端側に電磁コイルとの間
で電磁力を発生させる永久磁石が固定されていると共に
他端側に反射面が設けられている。このような構造によ
れば、揺動部材、コイルばね（弾性付勢する手段）、光
源及び電磁コイルを省スペースで基板上に配置すること
ができ、光学ユニットの更なる小型化を図ることができ
る。

【００１９】更に好ましくは、光源、揺動部材及び電磁
コイルが固定側部材である基板の表側に配置され、か
つ、光検出器及び光学シンボルからの反射光を光検出器
に集光させる集光レンズが基板の裏側に配置されてい
る。つまり、光学ユニットを２段重ね構造とすることに
より、基板の面積を更に低減することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００２１】図１は、本発明の実施形態に係る光学シン
ボル読取装置用光学ユニットの外観図である。光学シン
ボル読取装置用光学ユニット（以下、単に光学ユニット
という）１は、ベース１０上に配置された光源１１、ロ
ーター１２、電磁コイル１３、集光レンズ１４、光検出
器１５等を備えている。

【００２２】ベース１０の周囲の一部にはフレキシブル
基板である配線手段１６が固定され、光源１１の引出線
１１ａ、電磁コイル１３の引出線１３ａ及び光検出器１
５の引出線１５ａが配線手段１６にそれぞれ接続されて
いる。配線手段１６の端部１６ａには、光学シンボル読
取装置（バーコードリーダ）に内蔵された電子回路に接
続されるエッジコネクタが形成されている。したがっ
て、光源１１、電磁コイル１３及び光検出器１５は配線
手段１６を介して電子回路に接続される。電子回路に
は、光源１１（半導体レーザ）の駆動回路、電磁コイル
１３の励磁回路（光走査制御回路）及び光検出器１５の
出力信号の処理回路が含まれている。

【００２３】光源１１は、半導体レーザ、コリメータレ
ンズ及び光学絞りを含んでいる。また、ローター１２に
は、光源１１に対して約４５度の角度の反射面を有する
ミラー１８が取り付けられている。光源１１から出射し
たレーザ光はローター１２のミラー１８で反射して略直
角に光路を曲げられ、図１に破線で示すように光路ＬＢ
に沿って進む。

【００２４】ローター１２は、ベース１０の上面に垂直
に固定されたシャフト１９を中心に矢印（角揺動方向）
２０で示すように角揺動（振動）する。その結果、ミラ
ー１８の反射面１８ａの角揺動により、レーザ光の光路
ＬＢが矢印（走査方向）１７で示すように繰り返し偏向
（走査）される。バーコードのような異なる反射率を有
する符号パターンで構成された光学シンボルをレーザ光
が走査し、その反射光が集光レンズ１４の開口部１４ａ
に達する。集光レンズ１４によって集光された光はフォ
トダイオードのような光検出器１５の受光窓２１に集光
される。こうして、光学シンボルで反射した光の強弱が
光検出器１５によって電気信号に変換される。光検出器
１５から出力される電気信号は配線手段１６を介して信
号処理回路に渡され、光学シンボル（バーコード）のデ
コード（解読）が行われる。

【００２５】図２は、ローター１２の角揺動構造を説明
するための平面図である。ローター１２は軸受部材２
２、ミラー１８、永久磁石２３及びバランサ２４を有す
る。軸受部材２２には、シャフト１９が貫通する上下方
向の軸受孔２６が形成され、軸受孔２６の内径はシャフ
ト１９の外径より後述する軸受間隙だけ大きい。また、
軸受部材２２を両側から挟むように永久磁石２３とバラ
ンサ２４が固定されている。永久磁石２３は、電磁コイ
ル１３が発生する磁界の方向２７に垂直な磁化方向２８
（又は逆極性の向き）を有する。

【００２６】ミラー１８は、永久磁石２３の磁化方向２
８と直交する反射面１８ａを有する。軸受部材２２の軸
受孔２６を挟んでミラー１８と反対側の面にフック掛止
部２５が設けられ、コイルばね２９の一端側のフック２
９ａがフック掛止部２５に掛止されている。コイルばね
２９の他端側のフック２９ｂは、ベース１０に立設され
たフック掛止ピン３１に掛止されている。こうして、コ
イルばね２９はミラー１８を含むローター１２をシャフ
ト１９と垂直な方向に弾性付勢する手段（引張りばね）
として機能する。すなわち、ローター１２はコイルばね
２９が収縮しようとする方向に弾性付勢され、軸受孔２
６の内面のフック掛止部２５と反対側（ミラー１８の
側）がシャフト１９に当接した状態となる。

【００２７】バランサ２４は永久磁石２３と同等の質量
を有し、両者は軸受孔２６に関して対称に配置されてい
る。こうすることにより、ローター１２の重心がシャフ
ト１９の軸心ＡＸ上に位置する。バランサ２４の材質と
して、比重が永久磁石のそれに近いステンレス等の鉄合
金が好ましいが、永久磁石と同じ材質であってもよい
し、その他の材料を用いてもよい。ローター１２全体の
重心バランスをとる目的から上記のようなバランサ２４
を設けることが好ましいが、バランサ２４は必須の要素
ではない。また、バランサ２４の重量、形状及び配置を
上記の目的に沿って自由に設定してもよい。

【００２８】図３は、図２におけるローター１２のＡ−
Ａ断面図である。ベース１０とローター１２との間には
ワッシャ３２が介在している。これによってローター１
２とベース１０との接触を回避し、できるだけ小さい摩
擦抵抗でローター１２が角揺動できるようにしている。
また、図１では省略されているが、ローター１２を挟ん
でベース１０と反対側にはシャフト１９の上端を固定す
る蓋部材３３が設けられ、蓋部材３３とローター１２と
の間にも上記の目的でワッシャ３２が介在している。ワ
ッシャ３２の材質として、ステンレススチール、ナイロ
ン、フッ素系樹脂等の高摺動性（低すべり摩擦）材料を
用いることが好ましい。

【００２９】図１及び図２に示されているように、永久
磁石２３の近傍に電磁コイル１３が設置され、その磁界
の方向２７は永久磁石２３の磁化方向２８と直交してい
る。電磁コイル１３に適切な励磁電流を流すと、電磁コ
イル１３と永久磁石２３との間に電磁力が発生し、ロー
ター１２はコイルばね２９の張力（復元力）とローター
１２の慣性モーメントによって決まる共振周波数で角揺
動する。磁界の方向２７は、下記の自励方式又は他励方
式の駆動回路によって、所定のタイミングで交互に切り
替えられる（交番磁界である）。

【００３０】図４は、電磁コイル１３の駆動回路を示す
ブロック図である。図４（ａ）に示す自励方式の駆動回
路では、電磁コイル１３が駆動コイル１３ｂとモニタコ
イル１３ｃとのバイファイラー巻となっている。ロータ
ー１２の角揺動に伴って永久磁石２３が電磁コイル１３
に対して移動することによってモニタコイル１３ｃに電
流が誘起される。この電流を増幅回路４０で増幅し、得
られた位相情報及び振幅情報に基づいて上記の共振周波
数に同期した駆動電流波形が波形生成回路３９で生成さ
れる。この駆動電流波形がドライブ回路３７で増幅され
駆動コイル１３ｂに供給される。このような自励方式の
駆動（励磁）により、小さい励磁電流で効率良くロータ
ー１２を角揺動させることができる。

【００３１】図４（ｂ）に示す他励方式の駆動回路で電
磁コイル１３を励磁することも可能である。この方式で
は、電磁コイル１３は駆動コイル１３ｂのみからなり、
上記の共振周波数よりも低い所定の駆動周波数の信号が
発振回路３８で生成され、その周波数の駆動電流波形が
波形生成回路３９で生成される。この駆動電流波形がド
ライブ回路３７で増幅され駆動コイル１３ｂに供給され
る。この他励方式では、共振現象を利用しないので励磁
電流を多く消費し駆動電力効率が低いが、駆動周波数を
ある程度自由に設定できるメリットがある。

【００３２】図１及び図２を参照して説明したように、
本実施形態の光学ユニット１におけるシャフト１９の外
径と軸受孔２６の内径との間には所定の軸受間隙が確保
されている。この軸受間隙はシャフト１９の外径の１０
％程度に設定される。一実施例において、シャフト１９
の外径１．００ｍｍに対して軸受孔２６の内径を１．１
０ｍｍに設定した。また、軸受孔２６の深さ（貫通長
さ）は３．２ｍｍに設定した。

【００３３】一般的な回転機構では軸受間隙をシャフト
の外径の１０％程度まで大きくすることはない。常識的
には、回転がたつきを少なくするために軸受間隙は可能
な限り狭く設定する。一例として標準的な焼結金属軸受
の場合、呼び径１ｍｍの軸に対して軸受内径は１．００
５〜１．０１０ｍｍに設定されている。また、自動車の
エンジン等における軸径数十ｍｍ程度の軸受では、軸受
間隙と軸径との比（Ｃ／ｄ値）の標準値は０．００１と
されている。

【００３４】これに対して本実施形態のＣ／ｄ値は０．
１であり、本実施形態の光学ユニット１における軸受間
隙が常識的な値に比べて非常に大きく設定されているこ
とが理解されよう。以下の説明において、本実施形態に
おけるＣ／ｄ値が０．０１程度以上である回転機構（軸
受構造）をルースベアリングということにする。

【００３５】本実施形態の光学ユニット１は、ミラー１
８（ローター１２）の角揺動構造にルースベアリングを
採用したことにより、ローター１２の角揺動に伴う摩擦
抵抗が小さくなるという利点が得られる。軸受間隙が小
さい場合に比べてルースベアリングでは、角揺動の際の
シャフト１９と軸受孔２６との間のすべり摩擦成分が減
少し、転がり摩擦成分の割合が大きくなるからである。
あるいは、シャフト１９と軸受孔２６との摺動面積が減
少するからである。

【００３６】しかし、単に軸受間隙が大きいだけでは、
ローター１２が角揺動する際に、角揺動方向２０の動き
だけでなく捻れ方向の動き（ブレ）が発生し、レーザ光
の光走査（走査方向１７）が不安定になる可能性があ
る。そこで、本実施形態の光学ユニット１では、コイル
ばね２９を用いて軸受孔２６の内面の一部分をシャフト
１９に対して適切な付勢力で弾性的に押圧している。こ
のため、ローター１２の捻れ方向の動きが発生しにく
く、レーザ光が走査方向１７に安定的に走査される。

【００３７】また、本実施形態の光学ユニット１では、
コイルばね２９によるローター１２の付勢方向とミラー
１８の反射面１８ａとが直角になるように構成されてい
るので、仮にコイルばね２９の付勢方向を軸とするロー
ター１２の捻れ（回転）が生じたとしても、ミラー１８
の反射面１８ａは変化しない。したがって、レーザ光の
走査方向１７に影響は生じない。但し、本発明はこのよ
うな構成に限るわけではなく、後述する別の実施形態で
は、コイルばね２９によるローター１２の付勢方向とミ
ラー１８の反射面１８ａとが約４５度になるように設定
されている。その場合でも、上述のようにコイルばね２
９によって軸受孔２６の内面の一部分がシャフト１９に
対して弾性的に押圧されている構造により、ローター１
２の捻れ方向の動きが発生しにくいという効果は得られ
る。

【００３８】軸受部材２２の材質として、一実施例では
ポリアセタール樹脂を用いた。しかし、これに限らず、
ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリアミド樹脂、フ
ッ素樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファ
イト等の高摺動性（低すべり摩擦）で知られる樹脂や金
属、その他の材質を用いることもできる。また、樹脂軸
受、オイルレスメタル軸受、メタル軸受、その他の軸受
部品をローター１２の軸受孔２６に相当する位置に設け
ることも可能である。

【００３９】また、軸受部材２２とシャフト１９又はワ
ッシャ３２とが摺動する部位に潤滑剤を塗布してもよ
い。軸受間隙が大きいので、潤滑剤の粘性抵抗に起因す
る温度特性の悪化といった悪影響は小さい。適量の潤滑
剤を塗布することにより、摩擦抵抗をさらに低減するこ
とができる。潤滑剤は、フッ素樹脂の微粒子を含有した
フッ素系潤滑油が最も好ましいが、フッ素油、鉱物油、
リチウム系グリス、フッ素グリス、その他の潤滑剤を用
いてもよい。あるいは、潤滑コーティングを施してもよ
い

【００４０】軸受孔２６及びシャフト１９の断面形状は
共に真円であることが好ましいが、変形も可能である。
例えば、楕円でもよいし、一部（摺動部）だけが円弧状
である形状、又は三角形のように尖端部を有する形状で
あってもよい。あるいは、捻れた構造、複雑な表面形状
を有する構造、うねりを有する構造等でも良く、要はシ
ャフト１９に対して軸受孔２６を有するローター１２が
所定の角度範囲内で円滑に角揺動できる構造であればよ
い。

【００４１】図５及び図６は、永久磁石２３と電磁コイ
ル１３の配置に関するいくつかの変形例を示す図であ
る。図５（ａ）に示す変形例では、永久磁石２３の磁化
方向２８と電磁コイル１３が発生する磁界の方向２７が
平行になるように永久磁石２３と電磁コイル１３が配置
されている。図５（ｂ）に示す変形例では、一対の永久
磁石２３が軸受孔２６を挟んで軸受部材２２の両側に固
定され、それらの磁化方向２８は互いに平行で、かつ、
逆向きである。一対の永久磁石２３に同時に作用する横
長の電磁コイル１３が設けられ、それが発生する磁界の
方向２７は永久磁石２３の磁化方向２８に平行である。

【００４２】図６（ａ）に示す変形例では、一対の永久
磁石２３が軸受孔２６を挟んで軸受部材２２の両側に固
定され、それらの磁化方向２８は互いに平行で、かつ、
同じ向きである（もちろん逆向きに設けてもよい）。一
対の永久磁石２３に個別に作用する一対の電磁コイル１
３が設けられ、それが発生する磁界の方向２７は永久磁
石２３の磁化方向２８に垂直である。すなわち、図２に
示した構成が軸受孔２６を挟んで両側に配置されてい
る。図６（ｂ）に示す変形例では、ローター１２の全体
が永久磁石２３で構成され、その磁化方向２８がコイル
ばね２９の付勢方向と直交している。そして、図５
（ｂ）と同様の構成の電磁コイル１３が設けられてい
る。図５及び図６に示した変形例以外にも、永久磁石２
３と電磁コイル１３の配置に関して種々の変形が可能で
ある。

【００４３】図７は、ミラー１８の反射面１８ａに角度
を持たせた変形例を示す図である。図７（ａ）に平面
図、図７（ｂ）に側面図をそれぞれ示す変形例では、側
面視でのミラー１８の反射面１８ａが少し傾けられてい
る。その結果、ローター１２の角揺動面に平行に入射し
たレーザ光がミラー１８の反射面１８ａで反射すると、
その反射光は光路ＬＢで示されるように、角揺動面から
傾いた方向に向かう。したがって、光学ユニット１の基
準面（ベース１０の面）と光走査面とに角度を付けたい
場合に適した構造である。

【００４４】また、図７（ｃ）に平面図を示す変形例で
は、平面視でのミラー１８の反射面１８ａがコイルばね
２９によるローター１２の付勢方向に対して直角ではな
く４５度になるように設定されている。４５度以外の角
度、例えば３０度や６０度に設定してもよい。このよう
な構造は、後述する別の実施形態のように、光学ユニッ
ト１をコンパクトに構成するための省スペース配置に適
している。

【００４５】図８は、図３に示したローター１２の角揺
動構造の変形例を示す断面図である。図８（ａ）に示す
変形例では、前述のワッシャ３２（図３）の代わりに、
軸受部材２２にフランジ２２ａを形成すると共にベース
１０及び蓋部材３３にフランジ１０ａ及び３３ａを形成
し、フランジ２２ａとフランジ１０ａ又は３３ａが摺動
するように構成されている。これらの摺動面は低すべり
摩擦となるように加工されている。ワッシャ３２を削除
することにより、部品点数及び組立工数の削減効果が得
られる。

【００４６】図８（ｂ）に示す別の変形例では、ロータ
ー１２の中央の部材（軸受部材）２２にシャフト１９が
固定され、ベース１０及び蓋部材３３に軸受部（凹部）
１０ｂ及び３３ｂが設けられている。また、シャフト１
９の両端部には球面状のスラスト面１９ａが形成されて
いる。軸受部１０ｂ及び３３ｂには、シャフト１９のス
ラスト面１９ａを受けるステンレススチールやフッ素系
樹脂等の高摺動性（低すべり摩擦）材料を用いた円板部
材３５が設けられている。このような角揺動構造におい
ても、シャフト１９の外径と軸受部１０ｂ及び３３ｂ
（軸受孔に相当する）の内径との間に前述した軸受間隙
が確保され、ルースベアリングが形成されている。

【００４７】図９は、ローター１２の角揺動範囲を規制
するストッパーを設けた変形例を示す図である。ロータ
ー１２が衝撃や振動によって過度に回転すると、コイル
ばね２９等が損傷するおそれがある。これを防ぐため
に、この変形例では、ローター１２が所定の角揺動範囲
（回転角）を超えたときにローター１２に当接して過度
の回転を妨げる一対のストッパー３６をベース１０上に
設けている。更に、ストッパー３６のローター１２に当
接する部位には、ゴム、スポンジ、ウレタン樹脂等の弾
性材料を用いた衝撃吸収部材３６ａを設けることが好ま
しい。

【００４８】図１０は、別の実施形態に係る光学ユニッ
トを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。こ
の実施形態の光学ユニット１では、光源１１、ローター
１２、電磁コイル１３、集光レンズ１４、光検出器１５
等の部品がベース１０上に省スペースで配置されてい
る。ローター１２の軸受孔２６を有する軸受部材２２の
一端側に永久磁石２３が固定され、他端側にミラー１８
が固定されている。永久磁石２３の磁化方向２８と平行
かつ逆向きの磁界２７を発生する電磁コイル１３が永久
磁石２３の磁極と対向するように設けられている。ミラ
ー１８の反射面１８ａは、コイルばね２９による付勢方
向に対して約４５度の角度を形成している。

【００４９】すなわち、ローター１２を弾性付勢するコ
イルばね２９を挟んで両側の空間に電磁コイル１３と光
源１１が振り分け配置され、ローター１２の一端側には
電磁コイル１３との間で電磁力を発生する永久磁石２３
が固定されていると共に他端側には光源１１からのレー
ザ光を反射してその光路を略直角に曲げるミラー１８が
設けられている。このような配置構成によって、光学ユ
ニット１の全体を小型化することができる。なお、前述
の目的のバランサ２４が軸受部材２２のミラー１８側に
埋め込まれている。

【００５０】図１１は、更に別の実施形態に係る光学ユ
ニットを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図であ
る。この実施形態の光学ユニット１は、図１０の実施形
態の光学ユニット１を２段重ね構造とすることにより、
ベース１０の面積を更に小さくしたものである。すなわ
ち、ベース１０の表側に光源１１、ローター１２、電磁
コイル１３等の部品を省スペースで配置すると共に、ベ
ース１０の裏側に集光レンズ１４及び光検出器１５が配
置されている。

【００５１】以上、本発明のいくつかの実施形態を変形
例と共に説明したが、これらの実施形態及び変形例を組
み合わせて本発明を実施してもよい。また、これらの実
施形態及び変形例に限らず、種々の形態で本発明を実施
することができる。

【００５２】例えば、上記の各実施形態の光学ユニット
では光走査部の光学系と受光部の光学系とが完全に分離
している非同軸系受光方式を採用しているが、本発明は
光走査部の光学系と受光部の光学系とが部分的に共用さ
れている同軸系受光方式の光学ユニットにも適用でき
る。同軸系受光方式の光学ユニットの一例として、凹面
鏡のような集光ミラーの中央部に設けられた孔を通った
レーザ光が光走査機構によって光学シンボルを走査し、
光学シンボルからの反射光が走査用光路を逆向きに辿っ
て集光ミラーに戻り、集光ミラーで反射して光検出器の
受光窓に集光するような構成がある。

【００５３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の光学シ
ンボル読取装置用光学ユニットは、光走査機構の角揺動
構造にルースベアリングを採用したことにより、摩擦抵
抗が小さくなる効果を得ながら、揺動部材を一定の方向
に弾性付勢する手段によって安定した光走査面を得るこ
とができる。また、軸受方式であるので、従来の板ばね
部材を用いた支持構造のように複雑にならず、光学ユニ
ット全体の小型化が可能になる。しかも、衝撃や輸送振
動に強い特徴も有する。また、自励方式の駆動（励磁）
に適しているので、励磁電流を少なくすることができ
る。

【００５４】こうして、本発明によれば、比較的簡単な
構造を有し製造コスト及び電力効率等のバランスがとれ
た光走査機構を有する光学シンボル読取装置用光学ユニ
ットが実現する。また、各構成部品の合理的な配置によ
り、光学ユニット全体の小型化が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る光学シンボル読取装置
用光学ユニットの外観図である。

【図２】ローターの角揺動構造を説明するための平面図
である。

【図３】図２におけるローターのＡ−Ａ断面図である。

【図４】電磁コイルの駆動回路を示すブロック図であ
る。

【図５】永久磁石と電磁コイルの配置に関する変形例を
示す図である。

【図６】永久磁石と電磁コイルの配置に関する他の変形
例を示す図である。

【図７】ミラーの反射面に角度を持たせた変形例を示す
図である。

【図８】図３に示したローターの角揺動構造の変形例を
示す断面図である。

【図９】ローターの角揺動範囲を規制するストッパーを
設けた変形例を示す図である。

【図１０】別の実施形態に係る光学ユニットを示し、
（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

【図１１】更に別の実施形態に係る光学ユニットを示
し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

【符号の説明】

１０ベース（固定側部材、基板）１１光源１２ローター（揺動部材）１３電磁コイル１４集光レンズ１５光検出器１８ａ反射面１９シャフト２３永久磁石２４バランサ２６軸受孔２９コイルばね（弾性付勢する手段）３３蓋部材（固定側部材）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光を出射する光源と、該光源からの
レーザ光を反射する反射面を電磁力によって角揺動させ
ることによりレーザ光で光学シンボルを走査する光走査
機構と、前記光学シンボルからの反射光を受光して、前
記光学シンボルの明暗パターンに対応する受光量の変化
を電気信号に変換する光検出器とを備えた光学シンボル
読取装置用光学ユニットであって、前記光走査機構は前記反射面を有する揺動部材を固定側
部材に対して角揺動自在に支持するルースベアリング構
造を備え、前記ルースベアリング構造を構成するシャフ
トの外径と軸受孔の内径との間に所定の軸受間隙が形成
され、かつ、前記シャフトの外周面の一部分を前記軸受
孔の内周面に当接させるように前記揺動部材を一定の方
向に弾性付勢する手段を備えていることを特徴とする光
学シンボル読取装置用光学ユニット。
【請求項２】前記軸受間隙が、前記シャフトの外径の５
〜５０％であることを特徴とする請求項１記載の光学シ
ンボル読取装置用光学ユニット。
【請求項３】前記揺動部材の略中心部を貫通する軸受孔
と、前記固定側部材に固定されて前記揺動部材の軸受孔
に挿通されたシャフトとによって前記ルースベアリング
構造が構成されていることを特徴とする請求項１又は２
記載の光学シンボル読取装置用光学ユニット。
【請求項４】前記揺動部材の略中心部に固定されたシャ
フトと、前記固定側部材に設けられた軸受孔を有する軸
受部とによって前記ルースベアリング構造が構成されて
いることを特徴とする請求項１又は２記載の光学シンボ
ル読取装置用光学ユニット。
【請求項５】前記揺動部材を弾性付勢する手段が、前記
揺動部材の掛止部と前記固定側部材の掛止部との間に掛
け渡されたコイルばねであることを特徴とする請求項１
から４のいずれか１項記載の光学シンボル読取装置用光
学ユニット。
【請求項６】前記揺動部材の一端側に永久磁石が設けら
れると共に他端側に前記永久磁石と同程度の質量を有す
るバランサが設けられ、前記永久磁石との間で電磁力を
発生させる電磁コイルが前記固定側部材に設けられてい
ることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載
の光学シンボル読取装置用光学ユニット。
【請求項７】前記揺動部材を弾性付勢する手段が前記揺
動部材の掛止部と前記固定側部材の掛止部との間に掛け
渡されたコイルばねであり、該コイルばねを挟んで両側
の空間に前記光源と電磁コイルが振り分け配置され、前
記揺動部材の一端側に前記電磁コイルとの間で電磁力を
発生させる永久磁石が固定されていると共に他端側に前
記反射面が設けられていることを特徴とする請求項１か
ら４のいずれか１項記載の光学シンボル読取装置用光学
ユニット。
【請求項８】前記光源、前記揺動部材及び前記電磁コイ
ルが前記固定側部材である基板の表側に配置され、か
つ、前記光検出器及び前記光学シンボルからの反射光を
前記光検出器に集光させる集光レンズが前記基板の裏側
に配置されていることを特徴とする請求項１から７のい
ずれか１項記載の光学シンボル読取装置用光学ユニッ
ト。