JP4364482B2

JP4364482B2 - 光学シンボル読取装置用光学ユニット

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Publication number: JP4364482B2
Application number: JP2002121513A
Authority: JP
Inventors: 祐介大坪
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2002-04-23
Filing date: 2002-04-23
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2022-04-23
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Description

【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７−２５４０４１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１５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２２、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２８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２９ａ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２６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１２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１．１０ｍｍ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１．００５〜１．０１０ｍｍ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１８（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２９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１２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２３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１９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

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。