JP2009151326A

JP2009151326A - 光スキャニング装置

Info

Publication number: JP2009151326A
Application number: JP2009030629A
Authority: JP
Inventors: Hidekuni Aizawa; 秀邦相澤; Yoshimasa Aida; 芳正合田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2009-07-09

Abstract

【課題】装置全体の小型化、軽量化、低消費電力化を図ることができる光スキャニング装置を提供すること。
【解決手段】発光部３２からの光Ｌを被照射体４に向けてスキャニングし、その反射光を受光部３５で受けて情報を得る光スキャニング装置３１において、揺動軸３６を有し、この揺動軸３６の周りに揺動しながら前記発光部３２からの光Ｌの光路を前記被照射体４に向けるとともに、前記被照射体４からの反射光を受ける光路変換面３４を備え、前記受光部３５を前記光路変換面３４上に設ける。以上の構成により、受光部の設置スペースを省略して装置の小型化を図りながら、受光効率の向上を図る。
【選択図】図５

Description

本発明は、例えばバーコードリーダや、光ディスク装置の光ピックアップ等に適用される光スキャニング装置に関する。

図９はバーコードリーダに適用される従来の光スキャニング装置の概要を示している。光スキャニング装置は、発光部１から出射されたレーザ光Ｌは、集光レンズ２を介してミラー３へ向かい、ここで光路が変換されて被照射体であるバーコード４を照射する。バーコード４からの反射光は再びミラー３により光路が変換され、集光レンズ５を介して受光部６で受光される。

ミラー３には、揺動軸７を支点としてミラー３を矢印Ａで示す方向に所定の周期で揺動する電磁石からなる駆動部８の駆動ロッド８ａが固定されている。したがって、このミラー３に向けて投光されたレーザ光Ｌはバーコード４全体にわたってスキャニングされ、その反射光を受光部６にて受光することによりバーコード４の読み取りが行われる。

しかしながら、以上のように構成される従来の光スキャニング装置では、例えば発光部１とミラー３との間、あるいはミラー３と受光部６との間などの部品間にある程度の空間が必要であるため、各構成部品を小さくして装置全体の小型化を図る上で限界がある。特に、バーコード４からの反射光を効率良く受光するために、図示するように集光レンズ５を比較的大きくする必要があり、そのため当該集光レンズ５の設置スペースを大きく確保しなければならない。

近年における光スキャニング装置の適用技術分野は広範囲にわたっているが、その低消費電力化の要求が高く、そのために装置全体の小型化が強く望まれている。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、装置全体の小型化、軽量化、低消費電力化を図ることができる光スキャニング装置を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明は、発光部からの光を被照射体に向けてスキャニングし、その反射光を受光部で受けて情報を得る光スキャニング装置において、揺動軸を有し、この揺動軸の周りに揺動しながら前記発光部からの光の光路を前記被照射体に向けるとともに、前記被照射体からの反射光を受ける光路変換面を備え、前記受光部を前記光路変換面上に設けたことを特徴としている。

すなわち請求項１の発明は、受光部の設置スペースを省略して装置の小型化を図りながら、受光効率の向上を図ろうとしている。

請求項１の発明によれば、受光部の設置スペースを大きく確保することなく、しかも受光効率を低下させることなく装置の小型化に貢献することができる。

請求項２の発明によれば、より一層の受光効率の向上を図ることができる。

本発明の第１の実施の形態を示す光スキャニング装置の斜視図である。同正面図である。本発明の第２の実施の形態を示す光スキャニング装置の斜視図である。図３における［４］−［４］線方向断面図である。本発明の第３の実施の形態を示す光スキャニング装置の概略構成図である。Ａ、Ｂともに図１の変形例を示す斜視図である。Ａ、Ｂともに図３の変形例を示す斜視図であり、Ａは電磁力による揺動機構を示し、Ｂは圧電体の振動による揺動機構を示す。本発明の第２の実施の形態における配線構造を模式的に示す斜視図であり、Ａは単層並列形成を示し、Ｂは多層単列形成を示す。従来の光スキャニング装置を示す概略構成図である。

以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施の形態では、本発明に係る光スキャニング装置をバーコードリーダに適用した場合について説明する。

図１及び図２は、本発明の第１の実施の形態による光スキャニング装置１１を示している。図示しないケーシングに固定される固定部１２に対し、これと一体的に設けられた揺動軸１３を介して可動部１４が揺動可能に支持されている。可動部１４の上面には、例えば発光素子、受光素子でなる発光部１５、受光部１６を同一面内にマウントした基板１７が固着されている。基板１７上の発光部１５及び受光部１６は、可動部１４内を貫通する揺動軸１３の軸線に沿って、互いに近接した状態で配置されている。

揺動軸１３の軸線を境界とする固定部１２の両側には、Ｕ字形状のヨーク１８、１８が据え付けられている。各々のヨーク１８の外側壁部内面には永久磁石１９が一体的に固定され、ヨーク１８と永久磁石１９とで構成される磁気回路の中を通過するように可動部１４に巻回されたコイル２０が位置している。これらヨーク１８、永久磁石１９及びコイル２０により、本発明に係る駆動部が構成される。

なお、発光部１５及び受光部１６の各素子と基板１７との間の配線は図示せずともボンディングワイヤでなされている。また、集光のためのレンズが各素子１５、１６と一体あるいは、発光から受光光路間に設けられるが、その図示は省略している。さらに、図示せずとも、可動部１４の共振を制御するダンピング手段が設けられている。

本実施の形態の光スキャニング装置１１は以上のように構成され、次にこの作用について説明する。

コイル２０に交流電流を流すと、コイル２０に対して公知のように、各ヨーク１８及び永久磁石１９で構成される磁気回路から互いに逆方向へ向かう電磁力（ローレンツ力）が作用し、可動部１４が揺動軸１３の周りに固定部１２に対して揺動する。可動部１４の揺動周期は、コイル２０に通電される交流周波数（本実施の形態では40Hz程度）によって決定される。

これと同時に、発光部１５よりレーザ光Ｌを出射させると、上方に位置するバーコード４全体にわたってレーザ光Ｌがスキャニングされる。レーザ光Ｌのスキャニング領域は、固定部１２に対する可動部１４の揺動角度で調整される。バーコード４に照射されたレーザ光Ｌの反射光は揺動する可動部１４上の受光部１６で受光され、これによりバーコードパターンに応じた信号が読み取られる。

このとき、受光部１６は発光部１５とともに、常に、レーザ光Ｌが照射されるバーコード４の方向を向いているので、バーコード４からのレーザ光Ｌの反射光を効率良く受光することができる。また、これら発光部１５及び受光部１６が可動部１４の揺動軸線上に沿って配置されているため、揺動角度による発光部１５及び受光部１６間の光軸のずれを最小化でき、さらに効率良く受光することが可能となる。

さらに、これら発光部１５と受光部１６とを互いに近接させて配置することにより、主光線の受光効率が向上するばかりでなく、外乱光や迷光などのノイズ成分の光による影響も少なくでき、受光効率の向上が図られる。したがって、発光部１５と受光部１６とが一体となった光複合素子を用いると、上記の効果が大きくなる。

以上のように、本実施の形態によれば、発光部１５及び受光部１６を可動部１４上に直接取り付けて装置の小型化を図り、装置の軽量化、低消費電力化を図ることができるとともに、装置の小型化による受光効率の低下を防止することができる。

図３及び図４は、本発明の第２の実施の形態を示している。なお、図において上述の第１の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態における光スキャニング装置２１は、固定部であるガラス基板２２の上に、発光部１５及び受光部１６をマウントしたシリコン基体２３を接合してなる。シリコン基体２３には、公知のエッチング技術を用いて形成されたスリット２５を有し、その内方側の領域を可動部２４としている。発光部１５及び受光部１６はこの可動部２４の上に取り付けられている。

可動部２４は、その周縁の相対向する２点に設けられた橋絡部２４ａ、２４ａを介して、ガラス基板２４と一体化されるスリット２５外方側のシリコン基体２３に支持され、所定の隙間２６をおいてガラス基板２２に対向している。橋絡部２４ａ、２４ａを結ぶ直線を境とする可動部２４の両側下面に対向して、電極部２７ａ、２７ｂがガラス基板２２上に形成されている。

したがって、これら電極部２７ａ、２７ｂへ極性を変えて周期的に電圧を印加することにより、可動部２４の裏面との間の電気的な力（クーロン力）でもって、橋絡部２４ａ、２４ａを結ぶ直線を揺動軸とする可動部２４の揺動作用を得ることができる。

以上のように、本実施の形態では、上述の第１の実施の形態と同様な作用を得ながらも、装置全体を一層小型化して、装置全体の更なる軽量化、低消費電力化を図ることができる。特に、本実施の形態では、一連の半導体プロセスにて高精度に製造することができ、一辺約２mm四方の超小型の光スキャニング装置を得ることができる。

図５は、本発明の第３の実施の形態を示している。本実施の形態における光スキャニング装置３１は、図９を参照して説明した従来の光スキャニング装置に対して受光部の構成を異ならせた構造を有している。

すなわち、発光部３２から出射したレーザ光Ｌは集光レンズ３３で集光されて光路変換面であるミラー３４に反射され、バーコード４に向けて照射されるが、バーコード４からの反射光は、ミラー３４上に固定配置された受光部３５で受光されるように構成される。

ミラー３４は、例えば電磁石で構成される駆動部３７の駆動ロッド３７ａにより揺動軸３６の周りに図中矢印Ａで示す方向に所定の周期で揺動されるように構成され、これにより発光部３２からのレーザ光Ｌがバーコード４の全体にわたってスキャニングされる。このときバーコード４の濃淡パターンに応じた戻り光を受光部３５で受光し、バーコード４の読み取りが行われる。

本実施の形態によれば、レーザスキャニング光Ｌの受光関連の設置スペースを極力小さくすることができるので、従来よりも装置全体の小型化を図ることができるとともに、受光効率の向上を図ることができる。

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の第１の実施の形態では、発光部１５及び受光部１６を揺動させるのに、固定部１２に設けた揺動軸１３を介して可動部１３を支持するように構成したが、これに代えて、図６Ａ及び図６Ｂに示すような構成としてもよい。

すなわち、図６Ａに示す構成例では、発光部１５及び受光部１６を備えた基板１７の下面を、合成樹脂製の可撓性のあるヒンジ部材４１の可動端部４１ａで支持するようにし、ヨーク１８、永久磁石１９及びコイル２０からなる上述した駆動部の作用により、ヒンジ部材４１の固定端部４１ｂに対し、ヒンジ部４１ｃを介して可動端部４１ａを揺動させるようにしている。ヒンジ部材４１の固定端部４１ｂは、当該光スキャニング装置を収容する例えば内径12mm程度の円筒状ケーシング４４内の取付台部に固定される。

一方、図６Ｂに示す構成例では、発光部１５及び受光部１６を備えた基板１７の両側面を、合成樹脂製の可撓性のあるヒンジ部材４７の一対の可動端部４７ａで支持するようにし、ヨーク１８、永久磁石１９及びコイル２０からなる上述した駆動部の作用により、上記一対の可動端部４７ａ共通の固定端部４７ｂに対し、ヒンジ部４７ｃを介して可動端部４１ａを揺動させるようにしている。

以上のような構成を採用することにより、駆動部全体を基板１７とともに揺動させる構成であるので、ヨーク１８内でコイル２０を揺動させるためのスペースが不要となり、上記第１の実施の形態に比べて、装置全体を更に小型化することができる。また、基板１７をヒンジ部材４１、４７の可動単部４１ａ、４７ａに直接固定するだけなので、特別な加工を必要とすることもない。

また、以上の第２の実施の形態では、ガラス基板２２に対する可動部２４の揺動作用を、これら両者の間の静電力を利用して得るようにしたが、他の揺動機構として図７Ａ及び図８Ｂに示す構成を採用することができる。

すなわち、図７Ａに示す構成例では、可動部２４の面内に渦巻き状に電気配線５１を公知の半導体プロセス技術で形成するとともに、図示せずとも上記第１の実施の形態と同様な構成で、橋絡部２４ａ、２４ａを結ぶ直線と垂直な方向に磁界を発生させる駆動部を配置し、上記電気配線５１への交流電流の通電により、上記橋絡部２４ａ、２４ａを結ぶ直線を揺動軸として、可動部２４全体を揺動させるようにしている。

一方、図７Ｂに示す構成例では、ガラス基板２２の裏面に圧電体５２を固着し、ガラス基板２２を通じて圧電体５２からの振動を可動部２４に付与することにより、可動部２４を所定の共振周波数で揺動させる構成をとっている。

これらいずれの構成を採用しても、上述の第２の実施の形態と同様な作用及び効果を得ることができる。なお、上記各構成例では、可動部２４の橋絡部２４ａを設ける位置が、上記第２の実施の形態と異なるが、いずれの構成を採用してもよいことを示唆するものである。更に、図において発光部１５及び受光部１６の図示を省略しているが、上記第２の実施の形態と同様、各々可動部２４の同一面上に、且つ、上記揺動軸の軸線に沿って配置されるものとする。

また、上述の第２の実施の形態及び図７Ａ、図７Ｂの構成では、発光部１５及び受光部１６用の各配線、及び図７Ａに示す揺動駆動用の電気配線５１は、装置外部から引き回されることになるが、この配線の引き回しは可動部２４の橋絡部２４ａ、２４ａを介して行われる。図８Ａ及び図８Ｂは、橋絡部２４ａにおける配線の形成例を示す。すなわち、図８Ａは各種配線部５３を単層で並列的に形成した構成例を示し、図８Ｂは各種配線部５３を多層的に形成した構成例を示している。なお、両構成例を複合した構成も当然に適用可能である。

次に、以上の各実施の形態では、可動部に対して発光部１５及び受光部１６を別部品として取り付けた構成を採用したが、上記可動部にこれら発光部及び受光部を公知の半導体プロセス技術を用いて一体的に形成するようにしてもよい。この場合、可動部形成の段階で発光部及び受光部の位置精度を高い精度で出すことができるので、光学的なアライメントの調整が不要となり、後工程の簡易化あるいは省略化を図って製造コストの低減に寄与する。

また、上記構成を第３の実施の形態に適用する場合、光路変換部であるミラー全体を受光部として構成することができる。これにより更なる受光効率の向上が図れる。この場合、受光面全体をレーザ光Ｌの光路を変換可能に、鏡面化等の変換面化を施せばよい。

更に、以上の第１、第２の実施の形態では、可動部１４、２４上に発光部１５及び受光部１６の双方を設けたが、発光部１５及び受光部１６のいずれか一方のみを設け、他方は別途、配置するようにしてもよい。

最後に、以上の各実施の形態では光スキャニング装置としてバーコードリーダを例にとり説明したが、勿論、これだけに限らず、公知の光ディスク用の光学的読取機構（光ピックアップ）や光通信用の調整機構、あるいは自動車用車間距離調整機構あるいは障害物探知機構などの、静止あるいは運動している被照射体を対象とする光スキャニング機構に対しても、本発明は有効に適用可能である。

４…バーコード（被照射体）、１１、２１、３１…光スキャニング装置、１２、２２…固定部、１３、３６…揺動軸、１４、２４…可動部、１５、３２…発光部、１６、３５…受光部、２４ａ…橋絡部、２７ａ、２７ｂ…電極、３４…ミラー（光路変換部）、３７…駆動部、４１、４７…合成樹脂製ヒンジ部材

Claims

発光部からの光を被照射体に向けてスキャニングし、その反射光を受光部で受けて情報を得る光スキャニング装置において、
揺動軸を有し、この揺動軸の周りに揺動しながら前記発光部からの光の光路を前記被照射体に向けるとともに、前記被照射体からの反射光を受ける光路変換面を備え、
前記受光部を前記光路変換面上に設けた
ことを特徴とする光スキャニング装置。
前記光路変換面が前記受光部の受光面で形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の光スキャニング装置。