JP4593035B2 - 振動ミラー駆動装置及び光学的情報読取装置用モジュール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光反射率の異なる部分を有するバーコード等の読取対象の情報を光ビームによって走査して光学的に読み取り、その読取対象の情報を示すコードデータを出力する光学的情報処理装置において、光ビームを走査するための振動ミラーを駆動する振動ミラー駆動装置と、それを他の主要な部品とともに共通のモジュール筐体内に組み込んだ光学的情報処理装置用モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学的情報読取装置として、商品の品名や価格等の情報を示すバーコードを読み取るバーコードリーダが、流通業界や小売業界で広く使用されている。
このバーコードリーダは、ハンド式と定置式に大別され、ハンド式にはさらに、ペン方式、タッチ方式、光ビーム走査方式（レーザ方式）がある。定置式は光ビーム走査方式で複数方向の走査を行えるようにしたものである。
これらのうち、この発明の対象とする光学的情報読取装置は、光ビーム走査方式によるハンド式のバーコードリーダに相当するものである。
【０００３】
この光ビーム走査方式のバーコードリーダは、レーザダイオード（半導体レーザ）等の光源によって発光されるレーザ光をビーム状にして、その光ビームをバーコードに当たるように反射鏡（ミラー）で偏向させ、その反射鏡を回転あるいは振動（揺動）させて、光ビームがバーコードを横切るように走査する。
そして、バーコードからの反射光を集光し、受光センサで受光して電気信号に変換する。その電気信号をＡ／Ｄ変換してコード化し、バーコード読取情報として出力する。
このような従来の光ビーム走査方式の光学的情報読取装置に使用されている光ビーム走査機構としては、ポリゴンミラーと回転駆動モータを使用したものや、単面ミラーとガルバノモータとを使用したものが一般的である。
【０００４】
しかし、これらの光ビーム走査機構は、ポリゴンミラーと回転駆動モータ、あるいは単面ミラーとガルバノモータとが別体となっていて、それらが回転軸によって直接あるいは減速機構を介して連結されているため、その高さ方向（回転軸方向）およびそれに直交する方向の寸法を縮小することが困難であった。
そこで、このような従来の光ビーム走査機構の欠点を解消するために、本発明者らは、反射ミラーと可動磁石と回転軸とを一体化することによって小型化した振動ミラー走査装置を提供した（特開平７−２６１１０９号公報および特開平８−１２９６００号公報参照）。
【０００５】
しかるに、その後の市場においては、このような光学的情報読取装置の更なる利便性の向上と、更なる使途の拡大と新たな使用形態を創造するために、同装置の核心部をなす振動ミラー走査部をより小型化、薄型化、及び軽量化することが要求されている。そのため、本発明者は、さらに前記小型化、薄型化、及び軽量化を意図し、且つ光ビームの走査周波数及び最大走査角度の更なる向上の必要性、並びに同ビームの走査特性及び温度特性の補正制御の必要性に対応した振動ミラー形走査装置を開発して、市場に提供している（特開平１１−２１３０８６号公報参照）。
【０００６】
また、上記市場の要求である光学的情報読取装置の小型化、薄型化、及び軽量化に関する技術として、モールドされた樹脂部材にレーザダイオードと光検出器および各種光学素子等を位置決め収容してアッセンブリ化あるいはモジュール化したものとして、光スキャナ用ワンピース光学アッセンブリ（特開平１１−３２６８０５号公報参照）、あるいは電気光学式の再帰反射走査モジュール（特開２０００−２９８２４２号公報参照）等が提供されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように光学的情報読取装置の機能部をモジュール化しても、レーザビーム走査用の振動ミラー駆動装置が最もスペースをとり、機構も複雑で製造コストもかかるので、より小型で安価な光学的情報読取装置を提供するためには、振動ミラー駆動装置の一層の小型化と構造の簡素化を計る必要がある。
この発明は、このような要求を実現するためになされたものであり、振動ミラー駆動装置の走査精度を低下させることなく、その構造の簡素化と一層の小型化を計ることを目的とする。また、その振動ミラー駆動装置を組み込んだ小型で安価な光学的情報読取装置用モジュールを提供することも目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明による振動ミラー駆動装置は、上記の目的を達成するため、レーザビーム走査用の振動ミラーと、支持軸に回動自在に支持され、その支持軸を挟んで前面部に上記振動ミラーを、背面側に１個の直方体の可動磁石をそれぞれ固着した振動ミラー保持部材と、コイルと該コイルをその巻回方向に垂直な方向に貫通する板状のヨークとからなり、前記可動磁石に対して間隔を置いて対向するように固設された１個のコイルユニットとを備えている。
そして、上記可動磁石とヨークとは、非作動状態のときに互いに平行になるストレート形状であり、その平行な方向に直交する方向のヨークの断面積が可動磁石の同じ方向の断面積より小さい。
そして、上記振動ミラーは上記支持軸に平行で且つ上記可動磁石とヨークとが平行な方向に対して傾斜して上記振動ミラー保持部材に固着されており、その振動ミラー保持部材が、上記支持軸に対してその支持軸の軸線方向に所定の範囲で移動自在に支持されている。
【０００９】
また、上記振動ミラー保持部材は上記支持軸を貫通させる軸受孔を有し、その軸受孔の中間部の径が両端部の径より大きく、中間部が緩やかに膨らむ形状をなし、上記支持軸との間に潤滑油を溜めるオイルポケットを形成するようにするとよい。
この発明による光学的情報読取装置用モジュールは、上記振動ミラー駆動装置を、レーザダイオードを光源とする発光ユニット、コリメータレンズ、集光ミラー又は集光レンズ、及び受光ユニットとともに、モジュール筐体内に設けてモジュール化したものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明による振動ミラー駆動装置及び光学的情報読取装置用モジュールの実施形態を図面を参照して具体的に説明する。
図１はその振動ミラー駆動装置を組み込んだ光学的情報読取装置用モジュール内の回路基板を除く各部品の配置を示す平面図であり、モジュール筐体はその輪郭のみを仮想線で示している。図２はその正面図であり、モジュール筐体は断面で示している。図３はモジュール筐体のみの外観を示す斜視図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図を、そのモジュール筐体の上面に回路基板を取り付けた状態で示す断面図である。
【００１１】
この光学的情報読取装置用モジュール（以下単に「モジュール」という）１は、図１及び図２に示すように、モジュール筐体１０と、その中に組み込まれたレーザビーム発生部２０、振動ミラー駆動装置３０、凹面状の集光ミラー４０、受光ユニット５０、およひ光軸補正用のシリンドリカルＲレンズ（以下「ＣＲレンズ」という）組立体６０と、モジュール筐体１０の上面に取り付けられる回路基板７０とから構成されている。
モジュール筐体１０は、ＺＤＣ２と呼ばれる亜鉛によってダイキャスト製法で形成されており、全体の外形として縦（Ｄ）３５ｍｍ、横（Ｗ）３８ｍｍ、高さ（Ｈ）８．５ｍｍの大きさを有する。亜鉛に代えて、アルミニウムあるいはアルミ合金を用いてもよい。なお、このような金属で形成するのは、充分な精度と強度が得られることと、後述するＬＳＩに対するシールド効果を得るためである。シールド効果を別に考慮する場合には、強化プラスチックなどの樹脂で形成してもよい。
【００１２】
そして、この例では図３に示すように、底面部１１とその周囲を囲む側壁部１２と、レーザビーム発生部収納部１３、ＬＳＩ収納用凹部１４、レンズ・ミラー取付部１５、振動ミラー駆動装置取付部１６、受光ユニット取付部１７等を形成している。振動ミラー駆動装置取付部１６の底面部１１上には、ボス１８が形成されており、そこに振動ミラーの支持軸３４が植設される。側壁部１２の振動ミラー駆動装置取付部１６に対応する前面は開放されレーザビーム射出入用の開口部１９を形成している。レーザビーム発生部収納部１３の内側面には、レーザビームを射出するアパーチャ１３ａが形成されている。
【００１３】
レーザビーム発生部２０は、レーザダイオード２１を含む発光ユニット２２とコリメータレンズ２３とＯリング２４から構成され、これらがモジュール筐体１０のレーザビーム発生部収納部１３に、図２に示すように形成された鏡筒穴１３ｂ内に固定されている。この取付構造の詳細およびその取付方法については後述する。発光ユニット２２には、後方に２本の端子２２ａを突出させている。
【００１４】
振動ミラー駆動装置３０は、図１に示すように、レーザビーム走査用の金属、樹脂又はガラス製の振動ミラー３１と、ピン状の支持軸３４に回転自在に支持され、その支持軸３４を挟んで前面部に振動ミラー３１を、背面側に１個の直方体の可動磁石（永久磁石）３３をそれぞれ固着した樹脂製の振動ミラー保持部材３２と、可動磁石３３に対向して間隔を置いて平行に配置された１個のコイルユニット３５とから構成されている。そのコイルユニット３５は、コイル３６をその巻回方向に垂直な方向に板状のヨーク３７が貫通している。
そして、振動ミラー３１は図１、図２及び後述する図１５からも明らかなように、支持軸３４に平行で且つ可動磁石３３とヨーク３７とが平行な方向に対して傾斜して振動ミラー保持部材３２に固着されており、その振動ミラー保持部材３２が、支持軸３４に対してその支持軸３４の軸線方向に所定の範囲で移動自在に支持されている。
これらが、モジュール筐体１０の振動ミラー駆動装置取付部１６に取付られている。そして、可動磁石３３とコイルユニット３５の作用によって、振動ミラー保持部材３２及びそれに固着された振動ミラー３１を矢印Ａ，Ｂで示すようにシーソ式に振動（揺動）させる。その構成および作用の詳細は後述する。
【００１５】
モジュール筐体１０のレンズ・ミラー取付部１５には、レーザビーム発生部収納部１３のアパーチャ１３ａが形成された面にＣＲレンズ組立体６０が固着され、それと間隔を置いて、振動ミラー３１および受光ユニット５０と対向するように傾斜して、凹面状の集光ミラー４０が固着されている。その集光ミラー４０の中央部にはレーザビームを通過させるための方形の透孔４１が形成されている。光軸補正用のＣＲレンズ組立体６０の構成及びその作用の詳細は後述する。
、受光ユニット５０は、フォトダイオード等の受光素子５１を有し、モジュール筐体１０の受光ユニット取付部１７に装着され、その２本の端子は回路基板７０に接続される。
【００１６】
このように構成されたモジュール１の機能を主として図１を用いて説明する。
レーザビーム発生部２０は、発光ユニット２２内の光源であるレーザダイオードの発光によってレーザ光線を発生し、それをコリメータレンズ２３によって平行光束にし、アパーチャ１３ａを通して実線で示すレーザビームＬ１となって射出される。
そのレーザビームＬ１は、ＣＲレンズ組立体６０によって光軸のずれが補正されるとともに縦方向に延びた楕円光束となり、集光ミラー４０の透孔４１を通って振動ミラー３１に達し、９０°を中心として、振動ミラー３１の振動により所定の角度範囲で反射され、開口部１９から外部へ射出する。そのレーザビームは図示しないバーコード記号を照射する。
【００１７】
バーコード記号は、周知の通り規格によって定められた所定の幅を有する複数の黒と白の縦縞を成している。それらを黒バー及びスペースと称する。その黒バー及びスペースの横幅によって反射率の異なる光が反射される。
バーコード記号から反射した光線Ｌ２は、再び開口部１９を通って振動ミラー３１に入射して反射される。その反射光は集光ミラー４０によって集光される。このとき、振動ミラー３１がコイルユニット３５と可動磁石３３との間に生ずる磁力によって振動するので、バーコード記号からの広範囲にわたる反射光を入射して集光ミラー４０に送ることができる。そして、この集光ミラー４０によって集光された光は、全て受光ユニット５０の受光素子５１に送られる（その光線の軌跡を破線で示す）。
【００１８】
受光ユニット５０は、受光素子５１が受光する光の強度に応じた電気信号を出力し、その電気信号を端子５２を通して回路基板７０へ送る。そこでＡ／Ｄ変換された後、デジタル信号処理され、バーコード記号を読み取ったデータを得ることができる。
回路基板７０には、図示しない所要の配線パターンが形成されると共に、図４に示すように各種のチップ状電子部品７３が取り付けられ、裏面側に信号処理や制御の中心的な機能を果たすＬＳＩ７１が搭載されている。
そして、この回路基板７０がモジュール筐体１０の上面に複数本のネジ７４によって取り付け固着され、このモジュールの上蓋も兼ねる。
【００１９】
このとき、ＬＳＩ７１がモジュール筐体１０のＬＳＩ収納用凹部１４に収納され、外部に突出しない。しかも、金属製のモジュール筐体１０の凹部１４に収納されることにより、ＬＳＩ７１は外周の４面を金属面によって囲まれ、望ましいシールドがなされるため、他の電子機器や携帯電話等が発生する電磁波ノイズの影響を防ぐことができる。この効果については後で詳述する。
この光学的情報読取装置用モジュール１を、電源部等と共に図示しないケース内に組み込めば、容易に小型のハンド式バーコードリーダ等の光学的情報読取装置を完成することができる。
【００２０】
次に、この実施形態によるレーザビーム発生部２０における発光ユニット２２及びコリメータレンズ２３の取付構造及びその取り付け方法について、図５及び図６を参照して説明する。
図５はモジュール筐体に設けられた鏡筒穴に冶具を用いて発光ユニットを圧入する状態を示す断面図、図６はその鏡筒穴への発光ユニット及びコリメータレンズの装着が完了した状態を示す拡大断面図である。
【００２１】
図５に示す圧入用冶具８０は、力学的圧力によって部材を圧入することのできる装置である。この圧入用冶具８０は、第１の固定部材８１および第２の固定部材８２と、圧力シャフト８３と、押圧部材８５をボルト８６で一体に固着したハンドル８４等からなる。
第１の固定部材８１には、モジュール筐体１０を挿入して保持できるモジュール設置用凹部８１ａが形成されている。第２の固定部材８２の中心部にはシャフトガイド孔８２ａが形成されており、そこに圧力シャフト８３が軸方向に移動可能に挿入されている。その周囲は雌ネジ穴８２ｂになっている。押圧部材８５の外周には雄ネジ８５ｂが形成されており、第２の固定部材８２の雌ネジ穴８２ｂにねじ込めるようになっている。
この第１の固定部材８１と第２の固定部材８２が複数のボルト８７によって一体的に固着される。
【００２２】
一方、モジュール筐体１０のレーザビーム発生部収納部１３には、図６に示すように、発光ユニット２２およびコリメータレンズ２３を収納すべき鏡筒穴１３ｂが形成されている。
その鏡筒穴１３ｂは、モジュール筐体１０の一端面に開口し、入口部の内径が発光ユニット２２の外径より若干大きく、深さに応じて内径が極く僅かずつ小さくなるテーパ状内周面１３ｃを有し、先端部は内径が小さくなり、コリメータレンズ２３取り付け面となる段部１３ｄが設けられ、先端面にアパーチャ１３ａが形成されている。
【００２３】
鏡筒穴１３ｂのテーパ状内周面１３ｃは、数十ミクロンの微小に傾斜したテーパ面を形成しており、具体的には、一番大きな径を取る発光ユニット２２でも容易に挿入できるように、＋方向に０、−方向に３０ミクロン程度の傾斜である。
この鏡筒穴１３ｂの先端奥部の段部１３ｄにコリメータレンズ２３をＵＶ接着剤で封入接着する。その後、防塵用Ｏリング２４と共に発光ユニット２２をテーパ状内周面１３ｃに軽く挿入する。
この状態のモジュール筐体１０を、図５に示すように圧入用冶具８０の第１の固定部材８１のモジュール設置用凹部８１ａに挿入して支持させた後、圧力シャフト８３の先端部を鏡筒穴１３ｂの入口部に挿入し、ハンドル８４を把持して押圧部材８５を第２の固定部材８２にねじ込む。なお、図５では図示の都合上コリメータレンズ２３は図示を省略している。
【００２４】
ハンドル８４を回転していくと、圧力シャフト８３が押圧部材８５に押されて図５で左方へ移動し、その先端部が発光ユニット２２の後端面に当接し、発光ユニット２２を鏡筒穴１３ｂの奥側へ圧入していく。圧力シャフト８３は中空の筒状になっているので、このとき発光ユニット２２後端面から突出している端子２２ａをその中空内に逃がし、リード線を接続して外部から発光ユニット２２内のレーザダイオード２１に給電して発光させることができる。
【００２５】
このときはまだ、モジュール筐体１０に振動ミラー３１を装着していないので、焦点調節用ミラー８を挿入してコリメータレンズ２３及びアパーチャ１３ａを通して射出されるレーザビームＬ１を反射させて外部へ導き、レーザビーム測定器（図示せず）を用いて、そのレーザビームＬ１の直径を精密に測定しながら、コリメータレンズ２３のフォーカス点と発光ユニット２２の発光点とが一致したところで、ハンドル８４の操作を停止する。この時点で発光ユニット２２の装着が完了する。焦点調節用ミラー８は、調整終了後に取り外す。
【００２６】
この状態で、防塵用Ｏリング２４が発光ユニット２２の段部と鏡筒穴１３ｂのテーパ状内壁面とに挟まれて若干圧縮され、コリメータレンズ２３側の空間を密閉し、ゴミの侵入を防ぐ。
レーザビーム発生部２０における発光ユニット２２とコリメータレンズ２３の取付構造及びその取り付け方法を上述のようにしたことにより、従来よりも使用する部品点数が大幅に減り、ねじ止めのためのスペースも不要になるので、光学的情報読取装置のコストダウンと小型化に大いに貢献する。
また、鏡筒穴１３ｂの圧入部に微小な傾斜をもつテーパ状内周面１３ｃを形成したことにより、発光ユニット２２の挿入が容易であると共に、コリメータレンズ２３との光軸調整を容易にし、発光ユニット２２の固定も確実に行える。
【００２７】
次に、図１に示した光軸調整用のＣＲレンズ組立体６０について、図７〜図１３を参照して詳細に説明する。
図１に示したレーザビーム発生部２０で使用するコリメータレンズ２３の直径は、製造過程において最大のものから最小のものまで０．０２ｍｍ程度の差がある。これらのレンズをモジュール筐体１０の鏡筒穴１３ｂに嵌め込むには、コリメータレンズ２３とモジュール筐体１０との間にクリアランスを設ける必要がある。そのクリアランスを設けた結果、コリメータレンズ２３の光軸ずれが０．０２０５ｍｍ程度存在することになる。また、発光ユニット２２のレーザダイオードの発光点の位置精度は通常±０．０８０ｍｍである。したがって、レーザビーム発生部２０における光軸の傾きの最大角度は、次式によって求められる。
Ｔan^−１［(０．０２０５＋０．０８＋０．００５)／２．４］＝２．５１７°
【００２８】
また、振動ミラー駆動装置３０において、振動ミラー保持部材３２が嵌る支持軸３４の傾きによる軸ずれが０．４°、振動ミラー３１の張り付け最大傾きによる軸ずれが０．４°のとき、振動ミラー駆動装置３０での光軸の傾きは、
０．４＋０．４＝０．８°
となる。したがって、全体での光軸の傾きの最大は、３．３１７°となる。
この傾きを補正し、光軸を直行させてモジュール筐体１０から射出させるのが望ましい。この実施形態では、ＣＲレンズ組立体６０を用いて光軸補正を行うようにしている。また、ＣＲレンズ組立体６０のＲ面である凹面を利用して、レーザビーム発生部２０で発生される円形のレーザビームを縦長の楕円ビームとして射出する。
【００２９】
図７は図１に示したＣＲレンズ組立体６０の正面図、図８は図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
このＣＲレンズ組立体６０は、それぞれセンタ位置が異なる４枚の直角三角形のＣＲレンズ片３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄを、それぞれ２辺が隣り合うように四角形に接合して構成したレンズ組立体である。４枚のＣＲレンズ片３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄは、いずれも一個のシリンドリカルＲレンズ（Ｒはアール面を持つ意味であり、単にシリンドリカルレンズと称してもよい）から切り取って成るものである。あるいは、同じ曲率のＲ面を有するシリンドリカルＲレンズから切り取るようにすれば、必ずしも１個の同じシリンドリカルＲレンズから切り取らなくてもよい。
【００３０】
ＣＲレンズ片３ａは光軸から機械軸６１（図８）のオフセットはゼロであり、そのＣＲレンズ片３ａのセンタはＣＲレンズ組立体６０の真中となる。他のＣＲレンズ片３ｂ、３ｃ及び３ｄはセンタが１．２８ｍｍづつずれるように、同じリンドリカルＲレンズから切り取っている。つまり、図７に示すように、ＣＲレンズ片３ｂが１．２８ｍｍ、同３ｃが２．５６ｍｍ、同３ｄが３．８２ｍｍだけセンタが機械軸６１（ＣＲレンズ組立体６０の真中）からズレている。
そして、このＣＲレンズ組立体６０の図８に示す右側の各面６０ａは、シリンドリカル面（Ｒ面）となる。この例では機械軸中心でのＲ面の厚みは各々１．０ｍｍである。
【００３１】
さらに、１個のＣＲレンズをレーザビームが通過する様子を示す模式図を図９に示す。ＣＲレンズ４の表面４ａの凹曲面形状により、円形のレーザビームＬａが縦長楕円形のレーザビームＬｂに変形することが理解される。したがって、ＣＲレンズ組立体６０を構成するどのＣＲレンズ片を円形のレーザビームが通過しても、縦長楕円形のレーザビームとなる。
ＣＲレンズ組立体６０は、モジュール１の組立時に調節を行ってから装着する。理想的には発光ユニット２２からのレーザビームは光軸に対して水平に発射される。しかし、上述したように微妙なバラツキがあり、それは個々によって異なるものである。
【００３２】
そこで、このＣＲレンズ組立体６０を発光ユニット２２のアパーチャ１３ａと振動ミラー３１との間でなるべくアパーチャ１３ａに近い位置に設置し、９０°ずつ回転させて、それぞれセンタ位置が異なる４枚のＣＲレンズ片３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄのどれかをレーザビーム通過位置に選択したときに、光線のバラツキが最小になるように調整を行う。ＣＲレンズ片３ａを選択したときは光軸調整はされず、ＣＲレンズ片３ｂ、３ｃ、３ｄを選択したときは、この例では光軸がそれぞれ１°，２°，３°調整される。この調整は、組立時に１度設定すればそれ以降は行う必要はない。
【００３３】
さらに、ＣＲレンズ片３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄにそれぞれ反転したような部分を同じＣＲレンズ又は曲率が同じ他のＣＲレンズから切り取り、それらをＣＲレンズ片３ａ’、３ｂ’、３ｃ’、３ｄ’とすれば、ＣＲレンズ片３ａと３ａ’、３ｂと３ｂ’、３ｃと３ｃ’及び３ｄと３ｄ’をそれぞれ背中合わせに張り付けることによって、さらに３種、計７種のセンタを選択し得る。ＣＲレンズ片３ａと３ａ’は同じで、センタがＣＲレンズ組立体６０の真中であり、ＣＲレンズ片３ｂ’、３ｃ’、３ｄ’は、それぞれＣＲレンズ片３ｂ、３ｃ、３ｄの反転なので、各センタはＣＲレンズ３ｂ’ が−１．２８ｍｍ、ＣＲレンズ３ｃ’が−２．５６ｍｍ、ＣＲレンズ３ｄ’が−３．８２ｍｍだけずれることになる。
【００３４】
図１０は、そのＣＲレンズ組立体６０の表側の４枚のＣＲレンズ片３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄのいずれかを選択してレーザビームの光軸調整を行う場合の模式図である。ＣＲレンズ片３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄをレーザビーム通過位置に順次選択したとき、水平な光軸５がそれぞれ０°，1°，２°，３°上方へ傾き、ＣＲレンズ組立体６０から所定の距離におけるスポット光の位置がＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄのように変化する。そして、いずれの場合も縦長楕円形のレーザビームになる。
この場合、レーザビームが水平な光軸５より下方（矢示Ａ方向）に曲がるのを、ＣＲレンズ片３ｂ、３ｃ、３ｄのいずれかを選択することによって修正し、その射出方向を水平な光軸５とほぼ一致させることができる。
【００３５】
図１１は、そのＣＲレンズ組立体６０の裏側の３枚のＣＲレンズ片３ｂ’、３ｃ’、３ｄ’のいずれかを選択してレーザビームの光軸調整を行う場合の模式図である。ＣＲレンズ片３ｂ’、３ｃ’、３ｄ’をレーザビーム通過位置に順次選択したとき、水平な光軸５がそれぞれ1°，２°，３°下方へ傾き、ＣＲレンズ組立体６０から所定の距離におけるスポット光の位置が−Ｂ，−Ｃ，−Ｄのように変化する。ＣＲレンズ片３ａと３ａ’はいずれもセンタ位置が中央で変わらないため、いずれを通過する場合も光軸５は水平のままである。そして、いずれの場合も縦長楕円形のレーザビームになる。
この場合、レーザビームが水平な光軸５より上方（矢示Ｂ方向）に曲がるのを、ＣＲレンズ片３ｂ’、３ｃ’、３ｄ’のいずれかを選択することによって修正し、その射出方向を水平な光軸５とほぼ一致させることができる。
なお、図１１において、ＣＲレンズ組立体６０の裏側の４枚のＣＲレンズ片３ａ’，３ｂ’、３ｃ’、３ｄ’の境界線は、表側と区別するために便宜上破線で示している。
【００３６】
図１２は、この７種のセンタの選択が可能なＣＲレンズ組立体による各選択状態を模式的に示す図である。下段にＣＲレンズ片３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを備える一方の面（表面）の各ＣＲレンズ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの選択状態をその符号で示し、上段にＣＲレンズ片３ａ’、３ｂ’、３ｃ’、３ｄ’を備えた他方の面（裏面）の各ＣＲレンズ片３ｂ’、３ｃ’、３ｄ’の選択状態をその符号で示している。ＣＲレンズ片３ａ’は３ａと同じでセンタの移動がゼロなので記載していない。
なお、上段のＣＲレンズ組立体における裏側のＣＲレンズ片３ａ’、３ｂ’、３ｃ’、３ｄ’の境界線は、表側と区別するために便宜上破線で示している。そして、上段の上側には、各ＣＲレンズ片の選択時における光軸の傾き調整角度の数値例を表示している。
【００３７】
実際にレーザビーム発生部２０から出射されるレーザビームの光軸調整例を図１３によって説明する。
図１３に示す矢印Ｆ１は、発光ユニット２２におけるレーザダイオードのチップ位置の誤差により、レーザビームＬ１が水平な光軸５より下方に曲がることを示し、矢印Ｆ２はコリメータレンズ２３とモジュール筐体１０とのクリアランスにより、レーザビームＬ１が水平な光軸５より上方に曲がることを示している。
その結果、レーザビームの射出方向は破線で示すようにずれるはずであるが、ＣＲレンズ組立体６０の例えばＣＲレンズ片３ｃ’を選択することによって、レーザビームの射出方向を実線で示すように水平な光軸５とほぼ一致させることができる。
【００３８】
上述した実施形態のＣＲレンズ組立体は、片面についてそれぞれセンタ位置が異なる４枚ＣＲレンズ片を接合して構成したが、同じ曲率のＣＲレンズから、それぞれセンタ位置が異なる２枚又は３枚、あるいは５枚以上のＣＲレンズ片を切り取り、それを接合して、片面用あるいは両面用のＣＲレンズ組立体を構成するようにしてもよい。その場合、各ＣＲレンズを三角形以外の形状にしてもよい。
【００３９】
この実施形態によれば、次のような効果が得られる。
(1) ＣＲレンズ組立体６０の各Ｒ面（凹曲面）により、通過するレーザビームを縦方向のみに広げて縦長楕円形にし、横方向には広げないので、縦横同じである円形のレーザビームに比べ、バーコード記号を読み取る際の解像度の高さは変わらず、印刷むらあるいは汚れやゴミなどを信号として拾ってしまう確率を低くすることができる。すなわち、レーザビームをバーコード記号のバーの方向である縦方向に広げておけば、面積的にそれらの誤検出の可能性を緩和することができる。
【００４０】
(2) 同じくバーコード記号に照射するレーザビームの面積を広げるので、光ノイズを少なくすることができる。これは受光面積と光ノイズが反比例する現象を利用している。なお、バーコード記号は縦方向に情報がないので、照射スポットを縦に広げても影響はない。
(3) 複数のＣＲレンズ片を組み合わせてＣＲレンズ組立体を構成し、それを用いてレーザビームの光軸調整を行うので、複雑でスペースもとる調整機構を特別に設けることなく、光軸調整を容易に行える。理論的にはそのセンタ調整の選択数は無限であるが、現実的には上述した実施形態による７種程度で済む。
このＣＲレンズ組立体による光軸調整によって、レーザビームの光軸のバラツキが従来の±４°から±(０．５〜１)°に激減する。
【００４１】
次に、図１に示した振動ミラー駆動装置３０の構成と作用について、図１４乃至図１６を参照して詳述する。
光学的情報読取装置用モジュールのローコスト化及び小型化に伴い、部品の細部にいたるまで改良する必要がある。しかしながら、小型化によって走査精度が低下することは避けなければならない。
従来の振動ミラー駆動装置では、ヨーク及びコイルは複数で構成していたが、両者とも単一にすれば省スペースとローコストを達成できる。
また、従来は可動磁石及びヨークは円弧状（Ｒ形状）にしていた。そうすることによって、可動磁石とヨークとの間隔がどの回動位置でも一定になり、磁束密度も一定になる。しかしながら、Ｒ形状の部品は成型するのに手間がかかり、コストも高くなってしまう。
【００４２】
可動磁石を直方体の焼結磁石とし、ヨークを板状ヨークで構成することができれば、製造の手間もかからず、小型化することも可能である。
直方体の焼結磁石と板状ヨークを用いると、磁力密度の強い部分と弱い部分が存在することになるが、その両部分が互いに相殺し合い、全体として一定密度でることがわかった。
ヨークは理論的には無限に小さい点状態であっても、回転に従って磁石も回転していく性質を利用すれば使用可能であり、小型化が可能である。
部材に微細な加工を施すと必然的にコストが上がってしまう。例えば、軸受けのオイルポケットは、軸方向に溝をいくつか入れるのが一般的であるが、全体のコストを考えるならば、金型の構造がシンプルになるような単純な加工方法を採用するのが望ましい。
【００４３】
この発明による光学的情報読取用モジュールの振動ミラー駆動装置は、これらの点を考慮して構造を単純化および小型化し、且つ必要な性能が得られるように工夫している。
図１４はその振動ミラー駆動装置の平面図、図１５は側面図である。これらの図において、３１は走査用の振動ミラー、３２は支持軸３４に回動自在に支持された樹脂製の振動ミラー保持部材であり、その振動ミラー保持部材３２には、支持軸３４を挟んで前面部（前端部）に振動ミラー３１を、背面下部に１個の直方体の可動磁石をそれぞれ固着している。
さらに、３５は可動磁石３３に対して間隔を置いて対向するように固設した１個のコイルユニットであり、コイル３６と、それをその巻回方向に垂直な方向に貫通する厚板状のヨーク３７とからなる。
そして、可動磁石３３とヨーク３７とは、非作動状態（コイル３６に通電していない状態）のとき、互いに平行になるストレート形状であり、その平行な方向に直交する方向のヨーク３７の断面積が、可動磁石の同じ方向の断面積より小さい。コイルユニット３５の２本の端子３５ａは、図１５に示すように回路基板７０に接続される。
振動ミラー３１は支持軸３４に平行で且つ可動磁石３３とヨーク３７とが平行な方向に対して傾斜して振動ミラー保持部材３２に固着されており、振動ミラー保持部材３２は、支持軸３４に対してその支持軸３４の軸線方向に所定の範囲で移動自在に支持されている。
【００４４】
コイルユニット３５のヨーク３７は、上述のようにコイル３６をその巻線方向に垂直に貫通し、コイル３６のボビンを兼ねた絶縁部材を介して、図３に示したモジュール筐体１０の側壁部１２と内壁部に形成された一対のスリット１６ａ，１６ｂに差し込んで固定されている。このヨーク３７の配置すなわちコイルユニット３５の配置は、磁力を考慮してはじめに調整し、その位置に固定する。
可動磁石３３は、コイルユニット３５から僅かに離間して配置される。振動ミラー３１の背部は、モジュール筐体に垂直に固定された支持軸３４を介して可動磁石３３に接合する。
その支持軸３４は、滑り軸受も兼ねる振動ミラー保持部材（ホルダ）３２によって覆われ、その軸方向の上下両面を支持軸３４に嵌合するスライダ３８，３９によって緩く保持している。したがって、振動ミラー保持部材３２は、支持軸３４に対してその軸線方向に所定の範囲で移動自在に支持され、微少な振幅運動が可能に構成されている。
【００４５】
スライダ３８，３９は樹脂ワッシャで構成され、非接触かつ緩衝防止の役目をなし、振動ミラー保持部材３２はフローティング状態になっている。その状態で、コイルユニット３５と可動磁石３３との電磁誘導の働きによって、振動ミラー３１が支持軸３４を中心にシーソ式に振動（揺動）動する。
また、振動ミラー保持部材３２には、図１６に示すように軸受孔３２ａが設けられ、滑り軸受けの構造となっている。そして、その軸受孔３２ａの内部の中間部の径が両端部の径に比べて僅かに大きく、中間部が緩やかに膨らむ形状になっている。この中間部分は、支持軸３４との間にオイルポケット３２ｂを形成し、振動ミラー保持部材３２と支持軸３４との間を潤滑するためのシリコンオイルを溜めておくことができるようにしている。
【００４６】
次に、このような構造を持った振動ミラー駆動装置３０における可動磁石３３及びヨーク３７の周辺の磁気の変化についてシミュレーションを行う。図１７〜図１９は、ヨーク３７が移動せず、可動磁石３３が回転したときのシミュレーションを示す。
図１７は可動磁石３３が静止している状態である。可動磁石３３とヨーク３７とが一番近い部分を中心として、遠方にいくほど磁束密度が弱くなる分布をしている。この状態で磁力密度の強い部分と弱い部分とが相殺し合うので全体の磁束密度は一定である。
【００４７】
図１８は、可動磁石３３が１３．５度だけ図で左回転した場合を示す。この場合は前述した静止状態とは異なり、ヨーク３７を中心に磁束密度は均等に分布する。可動磁石３３は回転したことによってヨーク３７に向かい合った面の一端縁ａはヨーク３７から遠のき、他端縁ｂがヨーク３７に近づく。当然、遠のいた一端縁ａの周辺の磁束密度は弱くなり、近づいた他端縁ｂの周辺の磁束密度は強くなる。しかし、可動磁石３３が回転しても弱い部分と強い部分は互い相殺し合い、磁束密度は全体として一定である。
【００４８】
図１９は可動磁石３３が−１３．５度だけ図で右回転した場合を示している。回転方向が図１８の場合と逆なので、可動磁石３３の一端縁ａがヨーク３７に近づき、他端縁ｂがヨーク３７から遠のく。この場合は図１８の場合の上を下を反転したような磁束密度分布となり、この場合もまた磁束密度は全体として一定である。したがって、常に一定の磁束密度で振動ミラー３１を左右に回動させることができる。
【００４９】
図２０は、振動ミラー３１の左右回動させるためのタイミング信号とコイル３６に流す電流の波形を示す図である。（ａ）は振動ミラー３１の回動方向、（ｂ）はタイミング信号の波形、（ｃ）はコイル電流を示している。
タイミング信号の波形は、１０ｍSecごとに反転する矩形波であり、コイル電流はそのタイミング信号の立ち上がり時と立下り時ごとに１〜２ｍSecのパルス幅で１０〜２０ｍＡの電流を交互に反対方向に流す。
【００５０】
この振動ミラー駆動装置の特徴は次のような点にある。
（１）コイルユニット３５において、ヨーク３７をコイル３６の巻回方向に垂直な方向に貫通させたこと。
（２）可動磁石３３及びヨーク３７を円弧状にせずフラットな形状にしたこと。
（３）ヨーク３７の横断面を可動磁石３３の横断面より小さくしたこと。
（４）振動ミラー保持部材３２を支持軸３４の軸線方向にスライド可能にしたこと。
（５）オイルポケット３２ｂを振動ミラー保持部材３２の軸受孔３２ａの中間部の径を広げて形成したこと。
【００５１】
そして、この振動ミラー駆動装置によれば、次のような効果が得られる。
（１）ヨーク３７をコイル３６の巻回方向に垂直にコイルユニット３５に貫通させて固定したことによって、部材の数を少なくすることができる。
（２）従来はＲ形状（円弧状）に形成を用いていた磁石及びヨークを、直方体あるいは直棒状のようなフラットな形状にしたことにより、モジュール内のスペースを少なくすることができ、小型化を実現し、結果的にコストダウンにもなる。
（３）ヨークを小さくすることにより、駆動部の重量を軽減することができる。さらに、ヨークの横断面の大きさを可動磁石の横断面より小さくすることにより、磁気浮上による位置決め精度の向上をもたらしている。
（４）振動ミラー保持部材３２およびそれと一体の振動ミラー３１ならびに可動磁石３３を支持軸３４の軸線方向にスライド可能にしてフローティング状態にしたことにより、回動時の抵抗が少なく、小さな駆動力でもスムース゛に回動させることができ、可動磁石３３及びコイルユニット３５の一層の小型化が可能になり、且つ消費電力も節減できる。
（５）軸受部のオイルポケットを断面が緩やかなカーブとなる形状にしたことによって、単純な構造になり安価に作製できる。
【００５２】
ここで、光学的情報読取装置用モジュールにおける電子回路、特にＬＳＩのシールド効果について説明する。
図４によって前述したように、この発明による光学的情報読取装置用モジュールでは、その信号処理や各種の制御を司る回路基板７０が、上蓋を兼ねてモジュール筐体１０の上面にねじ止めされたとき、その回路基板７０に搭載されているＬＳＩ７１が金属製のモジュール筐体１０のＬＳＩ収納用凹部１４に収納され、その周囲が金属面でシールドされる。なお、回路基板７０の上面側は、これだけではシールドされないが、この面だけを金属板などによってシールドするのは容易である。
したがって、モジュール筐体１０の金属箱にＬＳＩ７１がほぼ密閉されて望ましいシールド状態になる。それによって、他の電子機器や携帯電話等が発生する電磁波ノイズの影響を防ぐことができる。
【００５３】
図２１及び図２２は、３０ＫＨｚ程度の電磁波ノイズがかかった場合のシミュレーション波形を示し、図２１はこの発明の実施形態のモジュールを使用した場合、図２２はＬＳＩを回路基板の上面に配置した従来のモジュールを使用した場合のそれぞれ検出信号の波形を示している。この波形の振幅が大きく変動している部分がバーコード記号を読み取っている部分である。
この図２１と図２２とを比べれば明らかなように、図２２の波形には０．３Ｖｐｐ程度の電磁波ノイズがのっている。図２１の波形ではそのノイズの振幅が極めて小さくなっている。したがって、この発明の上記実施形態によってノイズの影響を避けられることが判る。
【００５４】
図２３と図２４は、付近で携帯電話を使用した場合のシミュレーション波形を示し、図２３はこの発明の実施形態のモジュールを使用した場合、図２４はＬＳＩを回路基板の上面に配置した従来のモジュールを使用した場合のそれぞれ検出信号の波形を示している。
このシミュレーション結果を比較しても、図２４に示す従来装置の場合には、携帯電話の影響を受けた０．３Ｖｐｐ程度の電磁波ノイズがのっているのに対し、図２３に示すこの発明の装置の場合には、そのノイズは極めて小さくなっている。したがって、前述したこの発明の実施形態によれば、携帯電話のような強い電磁波が発生してもそのノイズをかなり低減でき、バーコード記号などの情報を常に正確に読み取れることが判る。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明によれば、振動ミラー駆動装置の走査精度を低下させることなく、その構造の簡素化と一層の小型化を計ることができ、その振動ミラー駆動装置を組み込んだ光学的情報読取装置用モジュールを使用することにより、小型で安価なハンド式バーコードリーダ等の光学的情報読取装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による光学情報読取装置用モジュールの一実施形態のモジュール内の回路基板を除く各部品の配置を示す平面図である。
【図２】同じくそのモジュール筐体の断面と共に示す正面図である。
【図３】同じくそのモジュール筐体のみの外観を示す斜視図である。
【図４】そのモジュール筐体の上面に回路基板を取り付けた状態で示す図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】モジュール筐体の鏡筒穴に冶具を用いて発光ユニットを圧入する状態を示す断面図である。
【図６】その鏡筒穴への発光ユニット及びコリメータレンズの装着が完了した状態を示す拡大断面図である。
【図７】図１に示したＣＲレンズ組立体６０の正面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図９】１個のＣＲレンズをレーザビームが通過する様子を示す模式図である。
【図１０】ＣＲレンズ組立体の表側のＣＲレンズ片のいずれかを選択してレーザビームの光軸調整を行う場合の模式図である。
【図１１】ＣＲレンズ組立体の裏側のＣＲレンズ片のいずれかを選択してレーザビームの光軸調整を行う場合の模式図である。
【図１２】７種のセンタの選択が可能なＣＲレンズ組立体による各選択状態を模式的に示す図である。
【図１３】実際にレーザビーム発生部から出射されるレーザビームの光軸調整例を示す説明図である。
【図１４】図１に示した振動ミラー駆動装置の平面図である。
【図１５】同じくその側面図である。
【図１６】同じくその振動ミラー保持部材及びそれに固着された部材の断面図である。
【図１７】図１４に示した可動磁石とヨークとの間の磁束密度分布の説明に供する図で、可動磁石３３が静止している状態の模式図である。
【図１８】同じくその可動磁石が１３．５度だけ回転した場合を示す模式図である。
【図１９】同じくその可動磁石が−１３．５度だけ回転した場合を示す模式図である。
【図２０】図１４の振動ミラーを左右に回動させるためのタイミング信号とコイル電流の波形を示す図である。
【図２１】この発明によるモジュールを使用して３０ＫＨｚ程度の電磁波ノイズがかかった場合の検出信号のシミュレーション波形図である。
【図２２】従来のモジュールを使用して３０ＫＨｚ程度の電磁波ノイズがかかった場合の検出信号のシミュレーション波形図である。
【図２３】この発明によるモジュールに対して付近で携帯電話を使用した場合の検出信号のシミュレーション波形図である。
【図２４】従来のモジュールに対して付近で携帯電話を使用した場合の検出信号のシミュレーション波形図である。
【符号の説明】
１：光学的情報読取装置用モジュール
３ａ〜３ｄ，３ａ’〜３ｄ’：ＣＲレンズ片
５：光軸 １０：モジュール筐体
１３：レーザビーム発生部収納部
１３ａ：アパーチャ １３ｂ：鏡筒穴
１３ｃ：テーパ状内周面 １４：ＬＳＩ収納用凹部
１５：レンズ・ミラー取付部
１６：振動ミラー駆動装置取付部
１７：受光ユニット取付部 １９：開口部
２０：レーザビーム発生部
２１：レーザダイオード ２２：発光ユニット
２３：コリメータレンズ ２４：Ｏリング
３０：振動ミラー駆動装置 ３１：振動ミラー
３２：振動ミラー保持部材 ３２ａ：軸受孔
３２ｂ：オイルポケット ３３：可動磁石
３４：支持軸 ３５：コイルユニット
３６：コイル ３７：ヨーク
３８，３９：スライダ
４０：集光ミラー ５０：受光ユニット
６０：シリンドリカルＲレンズ組立体（ＣＲレンズ組立体）
７０：回路基板 ７１：ＬＳＩ
８０：圧入用冶具 ８１：第１の固定部材
８２：第２の固定部材 ８３：圧力シャフト
８４：ハンドル ８５：押圧部材

Claims (3)

1. レーザビーム走査用の振動ミラーと、
   支持軸に回動自在に支持され、該支持軸を挟んで前面部に前記振動ミラーを、背面側に１個の直方体の可動磁石をそれぞれ固着した樹脂製の振動ミラー保持部材と、
   コイルと該コイルをその巻回方向に垂直な方向に貫通する板状のヨークとからなり、前記可動磁石に対して間隔を置いて対向するように固設された１個のコイルユニットとを備え、
   前記可動磁石と前記ヨークとは、非作動状態のときに互いに平行になるストレート形状であり、その平行な方向に直交する方向の前記ヨークの断面積が前記可動磁石の同じ方向の断面積より小さく、
   前記振動ミラーは前記支持軸に平行で且つ前記可動磁石とヨークとが平行な方向に対して傾斜して前記振動ミラー保持部材に固着されており、
   前記振動ミラー保持部材が、前記支持軸に対して該支持軸の軸線方向に所定の範囲で移動自在に支持されていることを特徴とする振動ミラー駆動装置。
2. 請求項１記載の振動ミラー駆動装置において、
   前記振動ミラー保持部材は前記支持軸を貫通させる軸受孔を有し、その軸受孔は中間部の径が両端部の径より大きく、中間部が緩やかに膨らむ形状をなし、前記支持軸との間に潤滑油を溜めるオイルポケットを形成するようにしたことを特徴とする振動ミラー駆動装置。
3. 請求項１又は２に記載の振動ミラー駆動装置を、レーザダイオードを光源とする発光ユニット、コリメータレンズ、集光ミラー又は集光レンズ、及び受光ユニットとともに、モジュール筐体内に設けてモジュール化した光学的情報読取装置用モジュール。

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