JP3118324B2 - マルチパタン光スキャニング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は入射光線を多方位にスキ
ャニングしマルチパタンを発生させるマルチパタン光ス
キャニング装置に関する。より詳しくはポリゴンミラー
等により形成された平面スキャン光のラスタパタンをさ
らに多方位に回転してマルチパタンを発生する技術に関
する。この様なマルチパタン光スキャニング装置は例え
ばバーコードリーダ等に組み込まれ物品に添付されたバ
ーコードの光学的な読み取りに利用される。

【０００２】

【従来の技術】ポリゴンミラーを利用してマルチパタン
を発生する方式は、例えば米国特許第３８８９１０２号
に開示されており、その概要を図１３に示す。ポリゴン
ミラーＰＭは回転軸Ｒに対して異なった傾斜角を有する
反射多面を有しており、レーザダイオードＬＤからの入
射光を反射していわゆるラスタパタンを発生する。１枚
の反射面から反射した光は平面に沿って角的に偏向さ
れ、所謂平面スキャン光ＰＳとなる。ポリゴンミラーの
出射方向にはダブプリズムと呼ばれる像反転素子あるい
は像回転素子ＤＰが配置されている。なお、像回転素子
としてはダブプリズムの他に、ペチャンプリズム、ポロ
プリズム、あるいは上述のダブプリズムをミラーで構成
した素子等を用いる事ができる。矢印で示す様に、像回
転素子ＤＰは回転しており、入射した平面スキャン光Ｐ
Ｓを屈折及び内部反射して回転させる機能を有する。例
えば像回転素子ＤＰがθだけ回転すると、平面スキャン
光ＰＳによって形成された固定のスキャンラインＳＬは
２θだけ回転してスクリーンＳＣ上に拡大投影される。
像回転素子ＤＰの回転に伴なって投影されたスキャンラ
インＰＳＬが回転する。即ち、複数本のスキャンライン
ＳＬからなる静止ラスタパタンは多方位に回転され無数
の投影スキャンラインＰＳＬからなるマルチパタンが得
られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】像回転素子は、平面ス
キャン光が内部を通過する際互いに相対回転する為、像
回転素子の光軸断面積は平面スキャン光の最大スキャン
角を立体角とした円錐を包含するに十分な大きさが求め
られる。従って、入射平面スキャン光のスキャン角と標
的からの戻り光束の断面積を実用レベルに設定すると、
像回転素子の寸法が異常に大きくなり装置の小型化及び
軽量化が困難であるという課題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明はマルチパタン光スキャニング装置の
小型化及び軽量化を図る事を目的とする。かかる目的を
達成する為に以下の手段を講じた。即ち、光線を多方位
にスキャニングしマルチパタンを発生させるマルチパタ
ン光スキャニング装置は基本的な構成要素として、１つ
又は複数の平面内で偏向される平面スキャン光を発生さ
せるラインスキャニング手段を備えている。本発明の特
徴事項として、標的の方向へ沿った回転軸を有するとと
もに該回転軸に略平行な反射面を備え該回転軸の周りを
回動する第一のミラー部材と、該第一のミラー部材の角
速度の２倍の角速度で同方向に第一のミラー部材の外周
を回動し、第一のミラー部材で反射された前記平面スキ
ャン光が標的の方向へ偏向される様な角度で配置された
反射面を有する第二のミラー部材とを備えている。さら
に、前記第一のミラー部材を前記回転軸の周りに回動す
る第一駆動手段と、前記第二のミラー部材を前記第一ミ
ラー部材の周りに回動する第二駆動手段とを備えてい
る。かかる構成により、前記平面スキャン光を回転軸の
周りに回転させてマルチパタンを得る。

【０００５】好ましくは、第一のミラー部材と第二のミ
ラー部材がともに夫々１枚の平面ミラーから構成されて
いる。あるいは、第一のミラー部材は１個のルーフミラ
ーからなり、第二のミラー部材は１枚の平面ミラーから
構成されている。又は、第一のミラー部材は１枚の平面
ミラーからなり、第二のミラー部材は前記回転軸の周り
に円周方向に沿って角度配置された複数個の平面ミラー
から構成しても良い。

【０００６】さらに好ましくは、第一のミラー部材は回
転軸に夫々略平行なＮ個の反射面を備えた多面インナー
ミラー部材からなるとともに、第二のミラー部材は該多
面インナーミラー部材の各反射面で反射された前記平面
スキャン光が標的の方向へ偏向される様な角度で夫々円
周方向に等間隔配置されたＭ個の反射面を備えた多面ア
ウターミラー部材から構成されている。例えば、多面イ
ンナーミラー部材は９０°間隔で配置されたＮ＝４個の
反射面を有し、多面アウターミラー部材は１８０°間隔
で配置されたＭ＝２個の反射面を有する。

【０００７】

【作用】本発明によれば、ラインスキャニング手段によ
って生成された静止ラスタパタンが、第一のミラー部材
及び第二のミラー部材の組み合わせにより、回転されマ
ルチパタンが得られる。第一のミラー部材は例えば静止
ラスタパタンを反射するに十分な面積を有する１枚の回
転平面ミラーで構成でき小型化及び軽量化が可能であ
る。又、第二のミラー部材は第一のミラー部材の反射方
向に整合する様に回転駆動され、同じくラスタパタンを
反射するに十分な面積を備えていれば良く、小型化及び
軽量化が可能である。

【０００８】なお、第一のミラー部材を１枚の回転平面
ミラーで構成した場合ラスタパタンの反射が不能な回転
領域即ちデッドゾーンが発生する。このデッドゾーンを
除去する為に、第一のミラー部材を回転多面体からなる
インナーミラー部材で構成する様にしても良い。この場
合には、第二のミラー部材も円周方向に沿って分割配置
する必要がある。

【０００９】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図１は本発明にかかるマルチパタン光
スキャニング装置の第一実施例を示す模式的な断面図で
ある。図示する様に、本装置は回転駆動されるポリゴン
ミラー６を備えており、複数の平面内で偏向される平面
スキャン光６３，６４を発生するラインスキャニング手
段を構成している。ポリゴンミラー６は異なる傾斜角を
有する複数の反射面を備えている。従って複数の平面ス
キャン光６３，６４等は異なるスキャン角となる様に偏
向される。さらに、第一のミラー部材１と第二のミラー
部材２とを備えている。本例では、第一のミラー部材１
は１枚の平面ミラーからなる。第一のミラー部材１は、
標的即ちスクリーンの方向へ沿った回転軸５を有すると
ともに、該回転軸５に略平行な反射面を備え該回転軸５
の周りを回動する。他方、第二のミラー部材２はやはり
１枚の平面ミラーからなり、第一のミラー部材１の角速
度の２倍の角速度で同方向に第一のミラー部材１の外周
を回動する。この第二のミラー部材２は、第一のミラー
部材１で反射された前記平面スキャン光６３，６４がス
クリーンの方向へ偏向される様な角度で配置された反射
面を備えている。

【００１０】第一のミラー部材１はシャフト３１を介し
て第一駆動手段３に連結されており、回転駆動あるいは
回転振動駆動される。又、第二のミラー部材２は、第二
駆動手段により前記第一のミラー部材１の周りを回動す
る。本例では、この第二駆動手段は、輪列歯車４１，４
２及び４３から構成されている。歯車４１は、パルスモ
ータ等からなる駆動体３のシャフト３１に取り付けら
れ、ピン４６を軸としたアイドリング歯車４２を経て第
三の歯車４３に連結されている。この歯車４３はベアリ
ング４５を介しシャフト３１の周りに配置されている。
歯車４３の表面部に設けられた取り付け部材４４を介し
て第二のミラー部材２が固定支持されている。モータシ
ャフト３１が回転すると第三の歯車４３は２倍の角速度
で同方向に回転する様に輪列のギヤ比が設定されてい
る。なお、本例では第一のミラー部材１と第二のミラー
部材２がモータシャフト３１の周りを同軸的に回転して
いるが、必ずしもこれに限られるものではない。同軸で
なくとも、第一のミラー部材１と第二のミラー部材２と
の相対的な角度関係が保持されていれば良い。

【００１１】図２は図１に示すマルチパタン光スキャニ
ング装置の平面構造を示す。レーザ光源６１から出射し
た光束６２はポリゴンミラー６により角的に偏向され平
面スキャン光６３を形成する。なお、「平面スキャン
光」は便宜上定義された用語であって、必ずしも完全平
面である必要はなく湾曲面であっても良い。第一のミラ
ー部材１の反射面は回転軸５（紙面に垂直）に略平行な
姿勢で取り付けられている。平面スキャン光６３は第一
のミラー部材１及び第二のミラー部材２で折り曲げ反射
され、回転軸５に垂直に置かれたスクリーン（図示せ
ず）にスキャンライン６５を投影する。なお、再び図１
を参照するとポリゴンミラー６の他の反射面で偏向され
た平面スキャン光６４も前述したスキャンライン６５と
平行にスクリーン上に投影される。第一のミラー部材１
が角度θだけ回転すると、反射された平面スキャン光６
３は角度２θだけ回転するが、第二のミラー部材２も同
時に２θだけ回転するので、反射された平面スキャン光
６３と第二のミラー部材２の相対的角度関係は常に一定
に保たれる。その結果、スクリーン上に投影されたスキ
ャンライン６５は第二のミラー部材２の回転に伴なって
回転軸５の周りを回転する。この様に、第二のミラー部
材２を第一のミラー部材１の２倍の角速度で回転させる
事により、第二のミラー部材２へ入射する平面スキャン
光６３との間には相対回転が発生しない。従って、第二
のミラー部材２は、スキャン角をカバーするに十分な一
次元方向の寸法と標的あるいはスクリーンからの戻り光
をカバーするに十分な面積を有した反射面を備えていれ
ば良い。なお図２に示した例では、平面スキャン光６３
は紙面に平行に偏向されているが、これに代えて紙面に
垂直な平面スキャン光を用いても全く同様である。

【００１２】図３にスクリーン上に投影されたマルチパ
タンの例を示す。前述した様に、ポリゴンミラー６によ
って形成された複数の平面スキャン光が描くラスタパタ
ンは、第一のミラー部材１及び第二のミラー部材２によ
って回転され、多方位のマルチパタンが得られる。

【００１３】図４に第一のミラー部材の有効回転領域を
示す。図示する様に、第一のミラー部材１が大旨−４５
°〜＋４５°の範囲において実用性を有し、これを超え
ると第一のミラー部材１が平面スキャン光６３をカバー
できなくなり、又戻り光の有効受光面積も減少する。即
ち、第一のミラー部材の反射面が実線で示す位置１１Ａ
から点線で示す位置１１Ｂまでの９０°の範囲が実用領
域である。この回転角内で第二のミラー部材は実線で示
す２Ａの位置から点線で示す２Ｂの位置まで±９０°回
転するので、スキャンパタンは６５Ａから６５Ｂまで１
８０°回転し全方位をカバーする事が可能である。

【００１４】但し、第一のミラー部材を一定方向に連続
回転すると、９０°の有効角度領域を除いた残りの２７
０°分はデッドゾーンになる。従って、第一のミラー部
材を一定方向に連続回転した場合には、１サイクル中に
４分の３サイクル分のデッドタイムが生ずる事になる。
このデッドタイムを除去する為に、第一のミラー部材を
±４５°の範囲で往復回転し振動駆動を行なう事が好ま
しい。なお、第一のミラー部材の両面を反射面とする事
によりさらに９０°分の実用領域を追加する事が可能に
なる。

【００１５】図５は図１に示した実施例の一変形例を表
わしている。図１に示す実施例と対応する部分には対応
する参照番号を付して理解を容易にしている。本例で
は、第一のミラー部材１、第二のミラー部材２及び平面
スキャン光６３の三者間位置関係が図１に示す実施例と
異なっているが、基本的には同一の原理で駆動する。

【００１６】図６はさらに他の変形例を示し、図１の実
施例に対応する部分には対応する参照番号を付して理解
を容易にしている。本例では、第一のミラー部材１がル
ーフミラーにより構成されている。

【００１７】図７は本発明にかかるマルチパタン光スキ
ャニング装置の第二実施例を示す模式的な平面図であ
る。回転軸端から見た形状を表わしている。本実施例で
は、第二のミラー部材が、回転軸５の周りに互いに９０
°隔てて配置された２枚の平面ミラー２０１，２０２か
ら構成されている。両者は一体となって第一のミラー部
材１の２倍の角速度で回動する。平面スキャン光６３を
中心線で分割した場合得られる一方のスキャン光部分６
３１は第一のミラー部材１で反射された後、一方の平面
ミラー２０１により折り曲げられ、回転軸５に垂直に置
かれたスクリーン上にスキャンライン６５１を投影す
る。同様に、他の半分に相当するスキャン光分６３２は
前述したスキャンライン６５１と直角な他のスキャンラ
イン６５２を形成する。第一のミラー部材１及び第二の
ミラー部材２が回転すると、スキャンライン６５１及び
６５２は回転軸５の周りを回転する。この実施例ではラ
スタパタンが９０°の交差ラインで構成されている。こ
の為、ラスタパタン全体を９０°回転させれば全方位を
カバーできる。従って、パルスモータは±２２．５°の
往復回転駆動を与えれば良い。本例では２枚の平面ミラ
ー２０１，２０２で第二のミラー部材を構成している
が、さらに多分割化する事が可能である。又、第一のミ
ラー部材１も同時に分割する事により、より多彩なマル
チパタンの発生が可能である。

【００１８】ところで、回転振動駆動は耐久性、駆動源
の発熱、振動等の点から実用的に見て好ましくない場合
も生じる。そこで、連続回転駆動でデッドタイムの生じ
ない第三の実施例を図８に示す。回転軸５を中心に回転
するインナーミラー部材１は四角柱形状を有し、回転軸
５に平行な４個の反射面１０１，１０２，１０３及び１
０４を有し、モータ３のシャフト３１に取り付けられて
いる。一方、アウターミラー部材２は回転軸５を中心に
して１８０°隔てて配置された２個の反射面２０１，２
０２を有し、回転台４４に取り付けられベアリング４５
を介してシャフト３１の周りを回転する。シャフト３１
に固定された歯車４１、軸４６を有するアイドラー歯車
４２及び回転台４４に設けられた歯車４３により、アウ
ターミラー部材２はインナーミラー部材１の２倍の角速
度で回転軸５の周りを同方向に回転する。レーザ光源
（図示せず）からの入射光は高速回転のポリゴンミラー
６で偏向され平面スキャン光６３となり、例えばインナ
ーミラー部材１の第一反射面１０１及びアウターミラー
部材２の第一反射面２０１で反射され、スクリーンの方
向へ折り曲げ投射される。ポリゴンミラー６の他の反射
面で偏向された平面スキャン光６４も同様にスクリーン
へ向かう。

【００１９】図９は図８に示す第三実施例を回転軸端か
ら見た平面形状を示している。レーザ光源６１から出射
した光束６２はポリゴンミラー６により偏向され平面ス
キャン光６３を形成する。この平面スキャン光６３は四
角柱のインナーミラー部材１の反射面により反射された
後、アウターミラー部材２の反射面２０１により軸方向
に折り曲げられ、回転軸５に対して垂直に置かれたスク
リーンにスキャンライン６５が投影される。インナーミ
ラー部材１が角度θだけ回転すると、反射されたスキャ
ン光６３は２θ回転するが、同時にアウターミラー部材
２も２θ回転するので、スキャン光６３とアウターミラ
ー部材２との相対角度関係は常に変わらず、その結果ス
キャンライン６５はアウターミラー部材２の回転に従っ
て回転軸５の周りを回転する。

【００２０】最後に、図１０〜図１２を参照して第三実
施例の動作を詳細に説明する。図１０に示す位置関係に
ある場合には、インナーミラー部材１の反射面１０１，
１０４が平面スキャン光６３の中心線に対してともに４
５°だけ傾斜している。この時には夫々スクリーン上に
スキャンライン６５１，６５４を投影する。これらスキ
ャンラインの長さは、平面スキャン光６３が２分割され
るので夫々半分になる。又、スキャンライン６５１，６
５４はともに平面スキャン光６３の中心線に対して平行
である。

【００２１】図１１はインナーミラー部材の反射面１０
１が、図１０に示す位置から２２．５°だけ矢印の方向
へ角変位した状態を表わしている。この時、他方の反射
面１０４はもはや平面スキャン光をカバーできない。一
方、アウターミラー部材の反射面２０１は４５°回転
し、フルスキャンライン６５１を形成する。

【００２２】図１２はさらに回転が進み図１０の状態か
らインナーミラー部材が９５°角変位した場合を表わし
ている。反射面１０１と反射面２０１が作るスキャンラ
イン６５１はフルスキャンラインの長さの半分以下にな
り、さらに角変位が進むと消滅する。一方、反射面１０
２と反射面２０２が作るスキャンライン６５２の長さは
フルスキャンラインの長さの半分以上であり、さらに角
変位が進むとフルスキャンラインの長さまで達する。

【００２３】この様にインナーミラー部材１の回転サイ
クルの全範囲に渡ってスキャンラインが生成され、デッ
ドタイムが除去できる。図１０に示す状態においてスキ
ャンライン長が半分まで減少するが実用的に見て問題は
ない。むしろ、スキャンラインの本数が倍になるメリッ
トの方が大きい。なお、マルチパタンの回転角速度を１
８０°／５０msに設定すると、アウターミラー部材の回
転数は６００rpm 、インナーミラー部材の回転数は３０
０rpm になる。又、ポリゴンミラーについては例えば八
角形の多面を有する場合には４０００rpm で回転する。
スキャンラインは１回転当たり８本形成できる。特に、
図１０に示した状態では１６本にまで増える。

【００２４】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、標
的の方向へ沿った回転軸を有するとともに該回転軸に略
平行な反射面を備え該回転軸の周りを回動する第一のミ
ラー部材と、該第一のミラー部材の角速度の２倍の角速
度で同方向に第一のミラー部材の外周を回動し、第一の
ミラー部材で反射された前記平面スキャン光が標的の方
向へ偏向される様な角度で配置された反射面を備えた第
二のミラー部材とを組み合わせた構成となっている。第
二のミラー部材を第一のミラー部材の２倍の角速度で回
転させる事により、第二のミラー部材へ入射する平面ス
キャン光との間には相対回転が発生しない。従って、ス
キャン角をカバーするに十分な一次元方向の寸法と標的
からの戻り光をカバーするに十分な面積を有したミラー
部材であれば十分であり、従来の像回転素子を利用した
構造に比べ、著しく装置の小型化及び軽量化が達成でき
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるマルチパタン光スキャニング装
置の第一実施例を示す断面図である。

【図２】同じく第一実施例の平面図である。

【図３】第一実施例によって描かれるマルチパタンを示
す模式図である。

【図４】第一実施例の動作を説明する為の模式図であ
る。

【図５】第一実施例の変形例を示す模式図である。

【図６】第一実施例の他の変形例を示す模式図である。

【図７】本発明にかかるマルチパタン光スキャニング装
置の第二実施例を示す平面図である。

【図８】本発明にかかるマルチパタン光スキャニング装
置の第三実施例を示す断面図である。

【図９】同じく第三実施例の平面図である。

【図１０】第三実施例の動作説明図である。

【図１１】同じく第三実施例の動作説明図である。

【図１２】同じく第三実施例の動作説明図である。

【図１３】従来のマルチパタン光スキャニング装置を示
す斜視図である。

【符号の説明】

１ 第一のミラー部材 ２ 第二のミラー部材 ３ モータ ５ 回転軸 ６ ポリゴンミラー ３１ シャフト ４１ 歯車 ４２ アイドリング歯車 ４３ 歯車 ４５ ベアリング ６１ レーザ光源 ６３ 平面スキャン光 ６４ 平面スキャン光 ６５ スキャンライン

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光線を多方位にスキャニングしマルチパ
   タンを発生させるマルチパタン光スキャニング装置にお
   いて、 一つ又は複数の平面内で偏向される平面スキャン光を発
   生させるラインスキャニング手段と、 標的の方向へ沿った回転軸を有するとともに該回転軸に
   略平行な反射面を備え該回転軸の周りを回動する第一の
   ミラー部材と、 該第一のミラー部材の角速度の２倍の角速度で同方向に
   第一のミラー部材の外周を回動し、第一のミラー部材で
   反射された前記平面スキャン光が標的の方向へ偏向され
   る様な角度で配置された反射面を備えた第二のミラー部
   材と、 前記第一のミラー部材を前記回転軸の周りに回動する第
   一駆動手段と、 前記第二のミラー部材を前記第一のミラー部材の周りに
   回動する第二駆動手段とからなり、 前記平面スキャン光を回転軸の周りに回転させてマルチ
   パタンを得る事を特徴とするマルチパタン光スキャニン
   グ装置。
2. 【請求項２】 第一のミラー部材と第二のミラー部材が
   ともに夫々一枚の平面ミラーからなる事を特徴とする請
   求項１記載のマルチパタン光スキャニング装置。
3. 【請求項３】 第一のミラー部材は１個のルーフミラー
   からなり、第二のミラー部材は一枚の平面ミラーからな
   る事を特徴とする請求項１記載のマルチパタン光スキャ
   ニング装置。
4. 【請求項４】 第一のミラー部材は一枚の平面ミラーか
   らなり、第二のミラー部材は前記回転軸の周りに円周方
   向に沿って角度配置された複数個の平面ミラーからなる
   事を特徴とする請求項１記載のマルチパタン光スキャニ
   ング装置。
5. 【請求項５】 第一のミラー部材は回転軸に夫々略平行
   なＮ個の反射面を備えた多面インナーミラー部材からな
   り、第二のミラー部材は該多面インナーミラー部材の各
   反射面で反射された前記平面スキャン光が標的の方向へ
   偏向される様な角度で夫々円周方向に等間隔配置された
   Ｍ個の反射面を備えた多面アウターミラー部材からなる
   事を特徴とする請求項１記載のマルチパタン光スキャニ
   ング装置。
6. 【請求項６】 多面インナーミラー部材は９０°間隔で
   配置されたＮ＝４個の反射面を有し、多面アウターミラ
   ー部材は１８０°間隔で配置されたＭ＝２個の反射面を
   有する事を特徴とする請求項５記載のマルチパタン光ス
   キャニング装置。