JP3210982B2 - 光走査装置、並びに当該光走査装置を用いた光センサ装置、符号情報読み取り装置及びｐｏｓシステム - Google Patents

光走査装置、並びに当該光走査装置を用いた光センサ装置、符号情報読み取り装置及びｐｏｓシステム

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光走査装置、並びに当該
光走査装置を用いた光センサ装置、符号情報読み取り装
置及びＰＯＳシステムに関する。具体的にいうと、本発
明は、レーザビームプリンタ、バーコードスキャナ、ビ
ーム走査方式のエリアセンサなどに用いられる光走査装
置、特に光ビームの２次元走査が可能な光走査装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】光ビームを走査してバーコ
ードを読み取るバーコードスキャナにおいては、読み取
り性能向上のため、従来より種々の走査方式の工夫がな
されている。例えば、バーコードの局部的な傷や汚れに
よる読み取りミスを回避し、正確にバーコードを読み取
ることができるようにするため、図１６（ａ）に示すよ
うに光ビームを平行な多段の走査ライン９１に沿って走
査させるようにしたラスタ走査方式のポリゴンスキャナ
（図示せず）がある。
【０００３】このラスタ走査方式のポリゴンスキャナ
は、回転しながら光ビームを反射し光ビームを走査させ
るポリゴンミラーを用い、ポリゴンミラーの回転軸に対
し各ミラー面にそれぞれ異なる傾きを持たせることによ
り比較的容易な構造で実現することができる。しかしな
がら、このようなラスタ走査方式のポリゴンスキャナに
あっては、バーコードが一定方向すなわちバーコードの
配列方向が光ビームの走査方向と略平行となる方向に設
置されていなければ、バーコード全域にわたって光ビー
ムが走査されず、バーコードの読み取りができないとい
う問題があった。
【０００４】また、バーコードの設置方向によらず光ビ
ームが確実にバーコード上を平行に走査されるよう、ホ
ログラムディスクや複数のミラーを用いて図１６（ｂ）
に示すような放射状やＸ字状の光走査パターン９２に沿
って光ビームを走査させるようにしたものがある。
【０００５】このように光ビームを多方向ないし放射状
に走査できるようにしたバーコードスキャナは、バーコ
ードの設置方向によらず比較的確実に読み取りができる
ので、主にスーパーマーケットのレジ等、バーコードの
方向が一定しない用途で用いられている。しかしなが
ら、このようなバーコード読み取り装置では、光ビーム
を多方向走査させるためホログラムディスクや複数のミ
ラーを用いる必要があるので、バーコードスキャナが大
型になり、また精度の高い光学部品を多数用いる必要が
あるので、部品コストや組立てコストが高くつき、バー
コードスキャナが高価なものとなっていた。
【０００６】一方、本発明の出願人は、小型で低価格の
２次元光走査装置を実現するため、弾性変形部（トーシ
ョンバー）の２種の弾性共振振動を利用した光走査装置
を開発し、特許出願している（特開平４−９５９１７号
公報）。この光走査装置では２方向に共振振動する振動
子の共振周波数比により走査ラインのパターンを変化さ
せることができる。この走査ラインはリサージュ図形を
描き、例えば共振周波数比を１：２とすれば図１７
（ａ）に示すように８の字状パターンの走査ライン９３
となり、共振周波数比を１：１０程度にすれば上記ラス
タ走査方式のスキャナと同等なパターンの図１７（ｂ）
のような走査ライン９４が得られる。この結果、バーコ
ードが傾いている場合や、傷、汚れなどがある場合にお
けるバーコードの読み取り性能を向上させられる。
【０００７】しかしながら、図１７（ａ）（ｂ）のよう
な８の字状等のパターンの走査ラインに沿って光ビーム
を走査させるだけでは、光ビームの走査方向をせいぜい
２方向にしかとれず、図１８（ａ）に示すようにバーコ
ード９５の設置方向が走査ライン９３の方向と一致して
いる場合にはバーコード９５を読み取ることができる
が、バーコード９５の設置方向によっては図１８（ｂ）
に示すようにバーコード９５が配列方向に沿って端から
端まで走査されず、バーコード９５の読み取り不能とな
る場合が生じる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】一方、バーコード等の
符号情報の読み取り速度を高速化し、また読み取り精度
を高精度化するため、いかなる方向にバーコードが設置
されていてもバーコード全域に光ビームを走査させ、確
実にバーコードを読み取ることができる光走査装置が要
求されている。併せて、その光走査装置は、構造が簡易
で小型かつ安価であることも要求されている。
【０００９】本発明は叙上の技術的背景に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、いかなる方向
にも光ビームを走査させることができる小型かつ簡易な
光走査装置を提供することにある。併せて、当該光走査
装置の応用分野を明らかにし、例えば符号情報の設置方
向にかかわりなく確実に符号情報を読み取ることができ
る符号情報読み取り装置等を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の光走査装置は、
光を反射させるミラー部と、振動入力部と、少なくとも
１つの共振振動モードを有し前記ミラー部と振動入力部
を結合する弾性変形部とを持つ振動子を備え、振動入力
部に印加された振動によって弾性変形部を共振振動さ
せ、弾性変形部の共振振動によってミラー部を動かすよ
うにした光走査装置において、前記ミラー部の回転軸と
平行でない回転軸の回りに前記振動子を回転させる手段
を設け、前記ミラー部の静止状態における光ビーム反射
点をほぼ中心として、静止状態のミラー部とほぼ垂直な
回転軸の回りに前記振動子を回転させるようにしたこと
を特徴としている。
【００１１】
【００１２】
【００１３】さらに、前記振動子を回転させる手段を、
前記振動子を周期的に回転させる回転機構で構成し、回
転機構による回転周期が振動子の共振振動の周期の最も
長いものよりも長く設定してもよい。
【００１４】
【００１５】
【００１６】さらに、前記振動子及び前記振動子を回転
させるための手段の少なくとも一部を１枚の単結晶シリ
コン基板で構成してもよい。
【００１７】また、本発明の光センサ装置は、前記光走
査装置と、光ビームを出射する光源と、光強度を検出す
る受光素子と、受光素子から出力される電気信号を処理
する信号処理手段とを備え、前記光源から出射された光
ビームを前記光走査装置により走査し、物体からの反射
光を検知して物体の有無や形状などの情報を検知するこ
とを特徴としている。
【００１８】
【００１９】上記光センサ装置においては、前記光源か
ら出射される光ビームが半導体レーザからの出射光であ
り、前記光走査装置により反射された光ビームが、ビー
ム径の縦横比が１：１の円形ビーム断面を有するもので
あってもよい。
【００２０】また、本発明の符号情報読み取り装置は、
検知対象となる物体がバーコード、多段バーコード、マ
トリックス化された２次元コード等の符号情報を有する
物体であって、前記光センサ装置を用いて前記符号情報
を読み取るようにしたことを特徴としている。
【００２１】
【００２２】
【００２３】あるいは、符号情報を読み取った時の前記
光走査装置における前記振動子の回転角を記憶する手段
を備え、次回の符号情報読み取り時には前記記憶手段に
保存している前回の回転角位置から前記振動子の回転を
開始させ、符号情報を読み取るようにしてもよい。
【００２４】また、本発明のＰＯＳシステムは、前記符
号情報読み取り装置を少なくとも１台以上備え、物品に
添付された符号情報を読み取り、その符号情報を予め外
部の第１のメモリ部に保存されている物品名称や販売価
格等の商品情報と照合し、その照合結果内容を外部に表
示すると共に第２のメモリ部に格納させるようにしたこ
とを特徴としている。
【００２５】
【作用】本発明の光走査装置にあっては、振動子全体を
回転させるようにしているので、振動子による光ビーム
の走査パターンに関係なく、任意の方向に光ビームを走
査させることができる。また、振動子はミラー部の回転
軸と平行でない回転軸の回りに回転するようになってい
るので、振動子全体の回転に伴って走査パターンも回転
し、１枚のミラー部と振動子を回転させる手段のみで、
走査領域の全体にくまなく光ビームを走査させることも
可能になる。
【００２６】しかも、ミラー部の静止状態における光ビ
ーム反射点をほぼ中心として、静止状態のミラー部とほ
ぼ垂直な回転軸の回りに前記振動子を回転させるように
しているので、走査パターンが回転しても走査領域の移
動がほとんどなく、ほぼ一定の走査領域内で光ビームの
走査パターンを回転させることができる。
【００２７】さらに、小型かつ簡易な構造の光走査装置
を基礎として振動子を回転させるための機構を付加する
だけでよいので、光走査装置を簡易な構造とすることが
できる。
【００２８】また、上記光走査装置を光センサ装置に用
いることにより、物体の形状（例えば、偏平な形状）や
その向き等にかかわらず、確実に物体の有無や位置、形
状などの情報を検知することができる。
【００２９】また、上記光センサ装置をバーコード、多
段バーコード、マトリックス化された２次元コード等の
符号情報を読み取る符号情報読み取り装置に用いること
により、符号情報の向きがいずれの方向を向いていても
光ビームを符号情報に沿って走査させることができ、確
実に符号情報を読み取ることができる。また、振動子が
少なくとも２つの共振振動モードを有する場合には、そ
の共振周波数比を適当に設定することにより光ビームを
ラスタ走査することができるので、この走査パターンを
回転させることにより、符号情報の汚れや傷等により読
み取り不良を発生させることなく、しかも、符号情報の
方向に関係なく、確実に符号情報を読み取ることができ
る。よって、符号情報読み取り装置やそれを用いたＰＯ
Ｓシステム等の信頼性を向上させることができる。
【００３０】
【実施例】図１は本発明の一実施例による光走査装置Ａ
を示す斜視図である。この光走査装置Ａは、スキャナ本
体１と、スキャナ本体１を回転させるための回転機構２
とから構成されている。また、回転機構２は、スキャナ
本体保持台３と、スキャナ本体保持台３をＰ軸の回りに
回転させるためのステッピングモータやＤＣサーボモー
タ等の回転アクチュエータ４より構成されており、スキ
ャナ本体保持台３は、その孔５を回転アクチュエータ４
の出力軸６に取り付けられている。
【００３１】スキャナ本体１は、図１に示すように、シ
リコン基板等を加工して形成されたプレート状の振動子
７と、積層型の圧電素子８より構成されている。振動子
７は、光を反射するミラー部９、固定部位となる振動入
力部１０、ミラー部９と振動入力部１０を結合する弾性
変形部１１、及びミラー部９の片袖部に設けられたウエ
イト部１２からなっており、弾性変形部１１はねじり共
振振動モード（その共振周波数をｆTとする）及び曲げ
共振振動モード（その共振周波数をｆBとする）の２つ
の共振振動モードを有している。また、振動子７の振動
入力部１０には振動源となる圧電素子８が接合されてい
る。
【００３２】しかして、圧電素子８をねじり共振振動モ
ードの共振周波数ｆTと等しい周波数で振動させると、
この振動が振動入力部１０を通って弾性変形部１１へ伝
達され、弾性変形部１１がねじり共振振動モードで共振
振動し、ミラー部９が図２（ａ）に示すように弾性変形
部１１の軸心Ｙの回りに回動する。このとき、ミラー部
９に光ビームＬが照射されていると、反射された光ビー
ムＬはθｙ方向（図３）に走査される。同様に、圧電素
子８を曲げ共振振動モードの共振周波数ｆBと等しい周
波数で振動させると、この振動が振動入力部１０を通っ
て弾性変形部１１へ伝達され、弾性変形部１１が曲げ共
振振動モードで共振振動し、ミラー部９が図２（ｂ）に
示すようにＹ軸と直交するＸ軸の回りに回動する。この
とき、ミラー部９に光ビームＬが照射されていると、反
射された光ビームＬはθｘ方向（図３）に走査される。
【００３３】また、ねじり共振振動モードの共振周波数
ｆTと等しい周波数の交流電圧と曲げ共振振動モードの
共振周波数ｆBと等しい周波数の交流電圧が重畳した交
流電圧を圧電素子８に印加して振動させると、弾性変形
部１１が同時にねじり共振振動モード及び曲げ共振振動
モードで共振振動し、ミラー部９がＸ軸及びＹ軸の回り
に回動する。従って、ミラー部９で反射した光ビームＬ
はθｘ方向及びθｙ方向に走査され、図３に示すように
２次元状に走査される。しかも、スキャナ本体１による
走査パターンは、弾性変形部１１における曲げ共振振動
モードとねじり共振振動モードの共振周波数比ｆB：ｆT
によって決まるものであって、例えば共振周波数比
ｆB：ｆTが１：２のときには図５（ａ）に示すような８
の字状の走査パターン１３となり、共振周波数比ｆB：
ｆTを１：１０にすればラスタ走査のパターン（図１７
（ｂ））となる。また、共振周波数比ｆB：ｆTを１：１
にすれば直線状の走査パターンを得ることができ、ある
いは、１：１に近い共振周波数比ｆB：ｆTにすれば、直
線に近い偏平な楕円状の走査パターンを得ることができ
る。但し、共振周波数比ｆB：ｆTが１：１に近いと、両
共振振動の位相によっては円形の走査パターンとなり、
走査パターンを回転させる意味がなくなるので、振動子
７の共振周波数比ｆB：ｆT（又は、ｆT：ｆB）は１：２
以上、すなわち１：Ｎ（Ｎ≧２）が望ましい。
【００３４】このスキャナ本体１は、圧電素子８の他端
を前記スキャナ本体保持台３に固定されており、振動子
７がスキャナ本体保持台３の表面と略平行に配設されて
いる。しかも、静止状態においてミラー部９が回転軸Ｐ
と垂直に交差するようにスキャナ本体１が配設されてい
る。また、光ビームＬは、ミラー部９の回転軸Ｐとの交
点近傍に照射されるようになっている。
【００３５】図４は光走査装置Ａの駆動回路の構成を示
す図であって、圧電素子８を振動させて振動子７を駆動
するための振動子駆動回路１４と、回転機構２を駆動し
てスキャナ本体１を回転させるための回転機構駆動回路
１５とから構成されている。回転機構駆動回路１５は、
外部からの回転指令によって回転機構２に信号を与え、
スキャナ本体１を回転軸Ｐの回りに回転させる。
【００３６】つぎに、上記光走査装置Ａの動作原理を説
明する。ミラー部９の回転軸Ｐと交差する点の近傍ｓを
光ビームＬの反射点とし、この反射点ｓに向けて光源か
ら光ビームＬを出射させる。スキャナ本体１は振動子駆
動回路１４によって駆動されているので、ミラー部９で
反射された光ビームＬは、共振周波数比ｆB：ｆTに応じ
た走査パターンで２次元状もしくは１次元状に走査され
る。同時に、スキャナ本体１は、回転機構駆動回路１５
によりスキャナ本体保持台３を回転させることにより回
転軸Ｐの回りに回転させることができる。このスキャナ
本体１全体の回転に伴って振動子７の各共振振動モード
の回転中心となるＸ軸及びＹ軸が回転軸Ｐの回りに回転
するため、ミラー部９で反射された光ビームＬの走査パ
ターンも同じように回転軸Ｐの回りに回転する。例え
ば、共振周波数比ｆB：ｆT＝１：２の２次元走査を考え
る。始めに図５（ａ）に示すような向きで８の字状の走
査パターン１５に沿って光ビームＬが走査されていたと
すると、スキャナ本体１が回転軸Ｐの回りに４５度回転
した後には、走査パターン１５も図５（ｂ）に示すよう
に４５度傾くことになる。さらにスキャナ本体１を４５
度回転させて始めの状態から９０度回転させると、走査
パターン１５は図５（ａ）の向きと直交する。このよう
に、スキャナ本体１を回転させることにより、走査パタ
ーンを自由な方向に向けることが可能になる。なお、こ
こでは２次元状に走査する場合について説明したが、光
ビームＬを１次元走査させる場合でも、スキャナ本体１
を回転させることによって光ビームＬの走査方向を回す
ことができることは同様である。
【００３７】また、静止状態においてミラー部９は回転
軸Ｐと垂直な方向を向いており、光ビームＬは回転軸Ｐ
との交点近傍の反射点ｓで反射されるので、回転機構２
によって振動子７が回転させられると光ビームＬの走査
パターンは回転するが、走査パターンの中心はほとんど
変化しない。すなわち、走査パターンが回転しても、走
査領域がほとんど変化せず、一定の領域に光ビームＬを
走査させることができる。
【００３８】上記回転機構２の駆動方法としては種々の
モードが可能である。まず、回転機構２を１方向にのみ
回転させると、回転機構２の上に搭載されているスキャ
ナ本体１の圧電素子８に接続されている信号コードなど
の処理が困難になるので、回転機構２は右回転と左回転
を交互に行なうようにするのが好ましい。同じ理由によ
り、回転機構２を１方向に１回転以上回転させると、圧
電素子８への電源供給が困難になるので、回転機構２の
１方向への回転角度は１回転以下（好ましくは、起点か
ら１８０度以下）となるように設定するのが望ましい。
また、回転機構２によりスキャナ本体１を一定角度づつ
ステップ状に回転させ、回転と静止を交互に繰り返すよ
うにし、走査パターンを各静止位置で傾かせてもよく、
あるいは、スキャナ本体１を連続的に回転させるように
し、走査パターンを全方位で連続的に生成させるように
してもよい。スキャナ本体１をステップ状に回転させる
前者の場合には、回転アクチュエータ４としてステッピ
ングモータを用いたり、回転角を検知して角度制御する
サーボモータ等を用いるとよい。また、スキャナ本体１
を連続的に回転させる後者の場合には、回転アクチュエ
ータ４として、共振振動を利用した共振型アクチュエー
タや速度制御できるアクチュエータ機構等を用いること
ができる。なお、この共振型の回転アクチュエータ４を
用いる場合には、その回転周波数は振動子７の共振周波
数のうち最も低いものよりも低く設定されていなけれ
ば、走査パターンを回転させることができなくなる。例
えば、共振周波数ｆB＝ｆTで振動して光ビームＬを１次
元走査するスキャナ本体１の場合には、振動子７の振動
周期１／ｆBが回転機構２の回転周期に比べて小さい場
合には、図６（ａ）に示すように走査パターンがそのま
まのパターンで順次回転し、全体として放射状の走査パ
ターン１６が得られるが、振動子７の振動周期１／ｆB
の１／２倍の回転周期１／（２ｆB）で９０度づつ回転
させた場合には、走査ラインが曲がって図６（ｂ）のよ
うな走査パターン１７となり、もとの走査パターンが保
存されなくなる。
【００３９】なお、上記のように回転機構２によりスキ
ャナ本体１を右回転と左回転を交互に行なわせることに
より光走査装置Ａの構造（特に、圧電素子８への電源供
給のための構造）を簡単にすることができるが、例えば
ブラシ等を用いて圧電素子８へ電源供給できるようにす
れば、回転機構２によってスキャナ本体１を１方向にの
み回転させるようにしても差し支えない。
【００４０】このようにある走査パターンで光ビームＬ
を走査させながらスキャナ本体１を回転機構２によって
ステップ状ないし連続的に回転させているので、スキャ
ナ本体１の回転に伴って走査パターンも回転し、例えば
図６（ａ）に示すように放射状の走査パターン１６が得
られ、様々な方向に光ビームＬが走査されることにな
る。しかも、走査パターンが回転することにより、走査
領域にくまなく光ビームＬが走査されることになる。ま
た、この光走査装置Ａは板状の振動子７と圧電素子８か
らなる小型で安価なスキャナ本体１と簡単な回転機構２
とから構成されているので、構造が簡単で、小型かつ安
価な光走査装置Ａを製作することができる。
【００４１】また、回転機構２によりスキャナ本体１を
持続的に回転させるようにしてもよいが、必要に応じて
回転機構２によりスキャナ本体１を回転させるようにし
てもよい。例えば、光走査装置Ａのスイッチがオンされ
ると、回転機構２によってスキャナ本体１をある方向に
回転させ、そこでスキャナ本体１を静止させたままで光
ビームＬを走査させ、また、状況の変化等に応じて回転
機構２によってスキャナ本体１を回転させ、そこで静止
させて光ビームＬを走査させるようにもできる。
【００４２】上記実施例の光走査装置Ａでは、回転機構
２に市販品のステッピングモータやＤＣサーボモータな
どを用いることができるが、回転機構２の小型化及び薄
型化を図るためには図７に示す光走査装置Ｂのように振
動子７と回転機構２の一部を一体化した構造とすること
も可能である。図７に示すものは、この光走査装置Ｂに
用いられる走査装置基板１８であって、枠状をしたスキ
ャナ本体保持フレーム１９内に振動子７を配置し、スキ
ャナ本体保持フレーム１９内に設けたばね部２０により
振動子７を弾性的に保持している。また、振動子７の振
動入力部１０はミラー部９を囲むように枠状に形成され
ており、振動入力部１０の内周部とミラー部９とは弾性
変形部１１によって連結されている。なお、このスキャ
ナ本体保持フレーム１９、ばね部２０及び振動子７から
なる走査装置基板１８は、例えば単結晶シリコン基板に
微細加工を施して作製されている。
【００４３】枠状をした振動入力部１０の弾性変形部１
１が設けられている箇所には振動源として圧電素子８が
接合されており、圧電素子８から振動子７へ弾性変形部
１１の共振周波数に一致した振動が付与される。これに
よって弾性変形部１１が共振振動し、ミラー部９が回動
する。スキャナ本体保持フレーム１９は固定されてお
り、ばね部２０によってスキャナ本体保持フレーム１９
内で弾性的に支持されている振動子７には、静電力や電
磁力等を利用して外部から回転力を付与できるようにな
っている。
【００４４】例えば、図８に示すように振動子７の振動
入力部１０下面に回転対称な配置で設けられた複数の電
極板２１と、振動子７に対向して配置された固定板２２
の上面に設けられた回転対称な配置の複数の電極板２３
とによって静電アクチュエータ２４を構成している。両
電極板２１，２３は少しだけ互いに位置をずらせて配置
されているので、両電極板２１，２３間に電圧を印加し
て静電力を発生させると、振動子７の電極板２１が固定
板２２の電極板２２側へ引きよせられ、それによって振
動子７がＭ方向へ回転させられる。従って、この実施例
では、スキャナ本体保持フレーム１９、ばね部２０、固
定板２２及び静電アクチュエータ２４（電極板２１，２
３）によって回転機構２が構成されており、回転機構２
によって振動子７を静止時のミラー部９と垂直な回転軸
Ｐの回りに回転させることができ、ミラー部９で反射さ
れる光ビームＬを走査させながら走査パターンを回転さ
せることができる。しかも、この実施例では、振動子７
を非接触で回転させることができ、回転機構２も薄型化
することができる。
【００４５】なお、上記各実施例では、振動子７を振動
させるための振動源として積層型の圧電素子８を用いた
が、この振動源は圧電素子８に限るものでなく、静電力
を利用した小型の静電アクチュエータ（図示せず）等を
用いてもよい。
【００４６】図９は本発明の光センサ装置Ｃの一実施例
を示すブロック図である。この光センサ装置Ｃは、上記
のような本発明の光走査装置２５、半導体レーザ素子等
の発光素子２６とレンズのような光学素子２７からなる
光源、フォトダイオード等の受光素子２８、発光素子２
６を駆動して光ビームＬを出射させる駆動回路２９、光
走査装置２５のスキャナ本体１と回転機構２を駆動する
駆動回路３０、受光素子２８からの受光信号を電気的に
処理する信号処理回路３１、および駆動回路２９，３０
と信号処理回路３１を制御する制御部３２から構成され
ている。この光センサ装置Ｃにあっては、発光素子２６
から出射された光ビームＬは光走査装置２５により検知
領域に向けて反射されると共に検知領域内で２次元状の
走査パターンに沿って走査される。このとき検知領域内
に物体３３が存在すると、物体３３で反射した光ビーム
Ｌが受光素子２８で検知される。そして、光ビームＬを
受光した受光素子２８から出力される受光信号を信号処
理回路３１で信号処理及び信号解析することにより検知
領域内に物体３３が存在するか否か、さらに物体３３の
形状等が検出される。しかも、光ビームＬの走査パター
ンが回転するので、光ビームＬが検知領域内をくまなく
走査され、多様な走査方向に走査され、小さな物体３３
や偏平な形状の物体３３なども精度良く検知できるよう
になる。
【００４７】図１０に示すものは本発明の光センサ装置
Ｄの他例であって、光ビームＬの走査位置をモニターす
る光走査位置検知回路３４を備えている。例えば、光走
査位置検知回路３４は、光走査装置２５の回転機構２の
駆動信号と振動子７の駆動信号をモニターすることによ
って光ビームＬの走査位置（走査方向）を検出する。あ
るいは、振動子７の弾性変形部１１近傍にピエゾ抵抗素
子等の歪み検出用センサを設けてミラー部９の回転角を
検知し、回転機構２の駆動信号と歪検出用センサの出力
から光ビームＬの走査位置を検知するようにしてもよ
い。しかして、光走査位置検知回路３４により受光素子
２８が受光した瞬間の光ビームＬの走査位置を知れば、
走査領域内の物体３３の存在している位置が分かるの
で、物体３３の位置、形状、寸法などを定量的に求める
ことができ、寸法計測用スキャニングマイクロメータ等
として用いることができる。
【００４８】また、図９と同様な構成の光センサ装置Ｃ
をバーコード、多段バーコード、マトリックス化された
２次元コード等の符号情報を読み取る用途に用いること
により、本発明の光走査装置２５を用いた符号情報読み
取り装置（図示は省略する）として用いることができ
る。もっとも、受光素子２８では、バーコードのバーと
スペース等に応じた反射光を受光するので、信号処理回
路３１は、この受光信号からバーコード等を解読するた
めの機能を有している。このような符号情報読み取り装
置を用いると、光ビームＬの走査方向が回転するので、
バーコード等の符号情報がどのような方向に向けて設置
されていても、走査パターンが回転しているうちに、光
ビームＬの走査方向が符号情報の配列方向と平行となる
瞬間があり、その時に符号情報が読み取られる。すなわ
ち、図１１に示すように走査パターンが回転して光ビー
ムＬの走査方向φが変化するので、符号情報３５がどの
ような向きを向いていても、いずれの符号情報３５に対
しても平行に光ビームＬを走査することができ、符号情
報３５の設置方向にかかわりなく確実に読み取ることが
できる。なお、符号情報読み取り装置（光センサ装置Ｄ
も同様）においては、光ビームＬは縦、横、斜めのあら
ゆる方向に走査されるので各方向において物体３３を横
切る際のビーム形状は等しいことが検出精度向上の観点
からは望ましい。したがって、光ビームＬは、ビーム径
の縦横比が１：１に近い図１１のような円形断面の光ビ
ームＬが適しており、発光素子２６として半導体レーザ
を用いるのが好ましい。また、スキャナ本体１の静止時
の走査パターンをラスタ走査のパターン（図１７
（ｂ））とすれば、バーコード等の符号情報の読み取り
が傷や汚れ等によって誤読されにくく、しかもラスタ走
査パターンが縦方向や横方向、斜め方向に回転するの
で、符号情報の設置方向に関係なく確実に読み取ること
ができる。
【００４９】また、符号情報読み取り装置において、図
１０の光センサ装置Ｄと同様、光ビームＬの走査位置を
モニターするための光走査位置検知回路３４を設けれ
ば、２次元状に符号化された２次元マトリックスコード
等も確実に読み取ることができる。
【００５０】図１２は本発明の符号情報読み取り装置Ｅ
の他例を示す概略ブロック図である。この符号情報読み
取り装置Ｅにあっては、制御部３２が符号情報入力部３
７を備えており、作業者などがバーコードラベル等の符
号情報入力部３７の方向を入力できるようになってい
る。しかして、符号情報入力部３７から符号情報３５の
方向が入力されると、制御部３２は回転機構２を回転さ
せることにより光ビームＬの走査方向を符号情報３５の
向きに一致させる。従って、この符号情報読み取り装置
Ｅにあっては、符号情報３５の向きが変化するが、例え
ばロット毎に符号情報３５が一定であるような場合に有
効である。
【００５１】図１３は本発明の符号情報読み取り装置Ｆ
のさらに他例を示す概略ブロック図である。この符号情
報読み取り装置Ｆは、符号情報３５の方向検知装置３８
を備えている。この方向検知装置３８は、例えば、光電
センサ等によってバーコードラベルやバーコードラベル
を貼り付けた物品の向きや形状等を検出し、それよりバ
ーコード等の符号情報３５の方向を検知するものであ
る。この方向検知装置３８によって符号情報３５の方向
を検出すると、制御部３２は回転機構２を駆動し、光ビ
ームＬの走査方向を検出した符号情報３５の方向に一致
させ、符号情報３５を読み取る。従って、この符号情報
読み取り装置Ｆにあっては、符号情報３５の向きが符号
情報３５を貼り付けた物品毎に変化するような用途に好
適である。例えば、スーパーマーケットのレジ等に好ま
しい。
【００５２】図１４は本発明の符号情報読み取り装置Ｇ
のさらに他例を示す概略ブロック図である。この符号情
報読み取り装置Ｇは符号情報３５の読み取りに成功した
時の回転機構２ないし振動子７の回転角を記憶させる記
憶部３９を備えている。しかして、符号情報３５を読み
取る際には、この記憶部３９に記憶されている前回の回
転角を読み出し、回転機構２をその回転角まで回転さ
せ、符号情報３５の読み取り動作を開始する。従って、
符号情報３５の読み取り速度が向上すると共に読み取り
ヒット率も高くなる。
【００５３】図１５は本発明のＰＯＳ（Point of Sale
s；販売時点管理）システムＨを示す概略ブロック図で
ある。このＰＯＳシステムＨは、１台もしくは２台以上
のバーコードスキャナ等の符号情報読み取り装置４０を
備えており、この符号情報読み取り装置４０に添付され
ている符号情報３５を読み取る。また、コンピュータ４
１に付属している第１のメモリ部４２には、各物品の物
品名称、販売価格、在庫数等の商品情報が格納されてい
る。そして、符号情報読み取り装置４０が物品の符号情
報３５を読み取ると、その符号情報３５が第１のメモリ
部４２に保存されている商品情報と照合され、その商品
情報のうち所定の情報が各符号情報読み取り装置４０と
対になったディスプレイ装置４３に表示されると共に第
２のメモリ部４４に格納される。第２のメモリ部４４に
格納された商品情報は必要に応じてプリンタ４５により
プリントアウトされる。
【００５４】このような商品管理用や在庫管理用に用い
られるＰＯＳシステムＨに本発明の光走査装置２５を用
いた符号情報読み取り装置４０を使用することにより、
符号情報３５の読み取りを確実に行なえ、ＰＯＳシステ
ムＨの信頼性を向上させることができる。
【００５５】以上、あらゆる方向に光走査を行なうため
の小型・軽量・安価な光走査装置、およびその光走査装
置を応用した光センサ装置や符号情報読み取り装置等に
ついて説明したが、ここで示した振動子の構成等は一例
であって、図示した形状に限定されるものではない。ま
た、振動子等の材質、寸法、製造方法なども所望の効果
を発揮するものであれば限定されるものではない。一
方、回転機構に関しても、回転アクチュエータの種類、
形状、型式などは特に限定されるものではない。
【００５６】
【発明の効果】本発明の光走査装置によれば、ミラー部
の回転軸と平行でない回転軸の回りに振動子を回転させ
ることによって光ビームの走査パターンを回転させるこ
とができるので、任意の方向に光ビームを走査させるこ
とができ、また、１枚のミラー部と振動子を回転させる
手段によって走査領域の全体にくまなく光ビームを走査
させることも可能になる。しかも、走査パターンが回転
しても走査領域の移動がほとんどなく、ほぼ一定の走査
領域内で光ビームの走査パターンを回転させることがで
きる。
【００５７】さらに、小型かつ簡易な構造の光走査装置
（スキャナ本体）に振動子を回転させるための機構を付
加するだけでよいので、光走査装置を小型かつ簡易な構
造とすることができ、製造コストを安価にすることがで
きる。
【００５８】
【００５９】
【００６０】さらに、振動子と振動子の回転手段の少な
くとも一部を１枚の単結晶シリコン基板により形成すれ
ば、光走査装置の構造をより簡略化することができる。
【００６１】また、上記光走査装置を光センサ装置に用
いることにより、物体の形状（例えば、偏平な形状）や
その向き等にかかわらず、確実に物体の有無や位置、形
状などの情報を検知することができる。
【００６２】さらに、振動子で反射された光ビームのビ
ーム断面を円形とすると共にビーム径の縦横比を１：１
となるようにすれば、光ビームがいずれの方向に走査さ
れる場合にもビーム断面が同じになり、光センサ装置の
検出感度を向上させることができる。
【００６３】また、上記光センサ装置をバーコード、多
段バーコード、マトリックス化された２次元コード等の
符号情報を読み取る符号情報読み取り装置に用いること
により、符号情報の向きがいずれの方向を向いていても
光ビームを符号情報に沿って走査させることができ、確
実に符号情報を読み取ることができる。また、振動子が
少なくとも２つの共振振動モードを有する場合には、そ
の共振周波数比を適当に設定することにより光ビームを
ラスタ走査することができるので、この走査パターンを
回転させることにより、符号情報の汚れや傷等により読
み取り不良を発生させることなく、しかも、符号情報の
方向に関係なく、確実に符号情報を読み取ることができ
る。よって、符号情報読み取り装置やそれを用いたＰＯ
Ｓシステム等の信頼性を向上させることができる。
【００６４】また、符号情報を読み取った時の前記光走
査装置における前記振動子の回転角を記憶し、次回の符
号情報読み取り時には前記記憶手段に保存している前回
の回転角位置から前記振動子の回転を開始させるように
すれば、速やかに光ビームの走査方向を符号情報の方向
に一致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による光走査装置を示す斜視
図である。
【図２】（ａ）（ｂ）はそれぞれ同上のスキャナ本体の
ねじり共振振動モード及び曲げ共振振動モードを示す斜
視図である。
【図３】同上のスキャナ本体の２次元走査状態を示す斜
視図である。
【図４】同上の駆動回路を示すブロック図である。
【図５】（ａ）（ｂ）はいずれも同上の光走査装置によ
る光ビームの走査パターンを示す図である。
【図６】（ａ）は好ましい光ビームの走査パターンを示
す図、（ｂ）は好ましくない走査パターンを示す図であ
る。
【図７】本発明の別な実施例における走査装置を示す斜
視図である。
【図８】同上の実施例の一部破断した正面図である。
【図９】本発明による光センサ装置を示す概略ブロック
図である。
【図１０】本発明による光センサ装置の他例を示す概略
ブロック図である。
【図１１】種々の方向を向いた符号情報と光ビームの走
査方向との関係を示す図である。
【図１２】本発明による符号情報読み取り装置を示す概
略ブロック図である。
【図１３】本発明による符号情報読み取り装置の他例を
示す概略ブロック図である。
【図１４】本発明による符号情報読み取り装置のさらに
他例を示す概略ブロック図である。
【図１５】本発明によるＰＯＳシステムを示す概略ブロ
ック図である。
【図１６】（ａ）はラスタ走査のパターンを示す図、
（ｂ）は放射状の走査パターンを示す図である。
【図１７】（ａ）は８の字状の走査パターン を示す
図、（ｂ）はラスタ走査状の走査パターンを示す図であ
る。
【図１８】（ａ）は走査ラインとバーコードとが一致し
ている状態を示す図、（ｂ）は走査ラインとバーコード
とが一致していない状態を示す図である。
【符号の説明】
Ｌ 光ビーム Ａ 光走査装置 １ スキャナ本体 ２ 回転機構 ３ スキャナ本体保持台 ４ 回転アクチュエータ ７ 振動子 ８ 圧電素子 ９ ミラー部 １０ 振動入力部 １１ 弾性変形部 Ｂ 光走査装置 １８ 走査装置基板 ２４ 静電アクチュエータ Ｃ，Ｄ 光センサ装置 ２５ 光走査装置 ２６ 発光素子 ２８ 受光素子 ３１ 信号処理回路 Ｅ，Ｆ，Ｇ 符号情報読み取り装置 ３４ 光走査位置検知回路 ３５ 符号情報 ３７ 符号情報入力部 ３８ 方向検知装置 ３９ 記憶部 Ｈ ＰＯＳシステム ４０ 符号情報読み取り装置 ４２ 第１のメモリ部 ４４ 第２のメモリ部

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光を反射させるミラー部と、振動入力部
    と、少なくとも１つの共振振動モードを有し前記ミラー
    部と振動入力部を結合する弾性変形部とを持つ振動子を
    備え、振動入力部に印加された振動によって弾性変形部
    を共振振動させ、弾性変形部の共振振動によってミラー
    部を動かすようにした光走査装置において、前記ミラー部の回転軸と平行でない回転軸の回りに前記
    振動子を回転させる手段を設け、 前記ミラー部の静止状
    態における光ビーム反射点をほぼ中心として、静止状態
    のミラー部とほぼ垂直な回転軸の回りに前記振動子を回
    転させるようにした光走査装置。
  2. 【請求項２】 前記振動子を回転させる手段は、前記振
    動子を周期的に回転させる回転機構であって、その回転
    の周期が振動子の共振振動の周期の最も長いものよりも
    長く設定されていることを特徴とする請求項１に記載の
    光走査装置。
  3. 【請求項３】 前記振動子及び前記振動子を回転させる
    ための手段の少なくとも一部が１枚の単結晶シリコン基
    板から構成されていることを特徴とする請求項１又は２
    に記載の光走査装置。
  4. 【請求項４】 請求項１，２又は３に記載の光走査装置
    と、光ビームを出射する光源と、光強度を検出する受光
    素子と、受光素子から出力される電気信号を処理する信
    号処理手段とを備え、 前記光源から出射された光ビームを前記光走査装置によ
    り走査し、物体からの反射光を検知して物体の有無や形
    状などの情報を検知することを特徴とする光センサ装
    置。
  5. 【請求項５】 前記光源から出射される光ビームが半導
    体レーザからの出射光であり、前記光走査装置により反
    射された光ビームはビーム径の縦横比が１：１の円形ビ
    ーム断面を有することを特徴とする請求項４に記載の光
    センサ装置。
  6. 【請求項６】 検知対象となる物体がバーコード、多段
    バーコード、マトリックス化された２次元コード等の符
    号情報を有する物体であって、請求項４又は５に記載の
    光センサ装置を用いて前記符号情報を読み取るようにし
    たことを特徴とする符号情報読み取り装置。
  7. 【請求項７】 符号情報を読取ったときの前記光走査装
    置における前記振動子の回転角を記憶する手段を備え、
    次回の符号情報読み取り時には前記記憶手段に保存して
    いる前回の回転角位置から前記振動子の回転を開始さ
    せ、符号情報を読み取るようにしたことを特徴とする請
    求項６に記載の符号情報読み取り装置。
  8. 【請求項８】 請求項６又は７に記載の符号情報読み取
    り装置を少なくとも１代以上備え、物品に添付された符
    号情報を読み取り、その符号情報を予め外部の第１のメ
    モリ部に保存されている物品名称や販売価格等の商品情
    報と照合し、その照合結果内容を外部に表示すると共に
    第２のメモリ部に格納させるようにしたことを特徴とす
    るＰＯＳシステム。
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