JPH04140707A - エリア光電センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、２改元の検知領域を有するエリア光電センサ
に関する。

［背景技術とその問題点］ 第５図に示すものは、−軸型の１次元光センサ４０であ
り、正多角形状をしたボ１ノゴンミラ−４１の外周面に
はミラー面４１ａ、４１ａ、・・・が形成されており、
ポリゴンミラー４１はドライバ回路４５で制御された直
流サーボモータ４２によって一定角速度で回転させられ
ている。そして、半導体レーザ装置４６から８射された
レーザビームαは結像レンズ４３によって集光され、ポ
リゴンミラー４１のミラー面４１ａに照射される。そし
て、ポリゴンミラー４１のミラー面４１ａで反射された
レーザビームαは、被検出物４７の表面に照射される。

ここでポリゴンミラー４１が一定角速度で回転している
と、レーザビームαを照射されているミラー面４１ａの
角度が変化するので、ポリゴンミラー４１で反射された
レーザビームαの出射方向が変化し、レーザビームαで
被検出物４７の表面が走査され、被検出物４７の表面の
バーコード４４等が読み取られる。

この１次元光センサ４０では、ポリゴンミラー４１によ
って光ビームを直線状にスキャンしているので、１次元
の検知領域しか持たず、２次元の領域を検知することが
できなかった。

これに対し、第６図に示す従来例の２次元光センサ５０
では２次元の検知領域を有している。これは、照明源５
１によって被検出物５４を照明し、カメラレンズ等の光
学系５２を通してＣＣＤのようなアレイ型の２次元受光
素子５３で被検出物５４の反射光５５を受光させ、被検
出物５４の２次元領域を検知している。

し、かしなから、このような２次元光センサ５０にあっ
ては、広い領域を検知させるためには、カメラレンズの
ように大きな光学系を必要とするため、センサ全体とし
ての小型化に限界があった。

また、ＣＣＤのような２次元受光素子自体の価格か高価
であるうえ、その信号処理回路も複雑であるため、コス
トがかなり高価についていた。

本発明は、叙上の従来例の欠点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、新組な原理に基づく小
型で安価なエリア光電セン→力を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明のエリア光電センサは、少なくとも２つの弾性変
形モードを有する弾性変形部と、弾性変形部の一端に設
けられた加振部と、前記弾性変形部の各弾性変形モード
に対する共振周波数の振動を加振部に付与するための駆
動源と、弾性変形部の他端に設けられ、加振部に振動が
印加された時に少なくともいずれかの弾性変形モードで
弾性変形部を弾性振動させるように配置され、弾性変形
部の弾性振動によって少なくとも２方向に回動できるよ
うになったスキャン部と、スキャン部に設けられた発光
素子と、発光素子から出射され被検出物で反射された反
射光を検出する受光素子とからなることを特徴としてい
る。

［作用コ 弾性変形部の２つの弾性変形モートに対する共振周波数
の振動を加振部に加えると、弾性変形部か両弾性変形モ
ードで弾性振動し、スキャン部か２方向で同時に回動す
る。このため、スキャン部に設けられた発光素子から光
ビームを出射させていると、光ビームは被検出物の表面
の２次元領域でスキャンされる。したがって、この反射
光を受光素子で受光すれば２次元の領域の様子を検出す
ることかできる。

また、スキャン部、弾性変形部及び加振部は、プレート
状に形成することかでき、駆動源としては圧電振動子の
ような小型のアクチュエータを使用することができるの
で、エリア光電センサを起生形化することかできる。し
かも、構造も簡略であるので、製作コストや組立て調整
コスト等も安価となり、低コストでエリア光電センサを
製作できる。

さらに、駆動源によって加振部の振幅を変化させれば、
弾性変形部における弾性振動の振幅（スキャン部の回動
角）を変化させることができ、容易に光ビームのスキャ
ン領域ないし検知領域を変化させることもできる。

「実施例］ 以下、本発期の一実施例を添付図に基づいて詳述する。

第１図（ａＨｂ）に本発明の一実施例を示す。このエリ
ア光電センサ１ば、薄板状のプレート７と、圧電振動子
や磁歪振動子等の微小振動を発生する小形の駆動源６と
、フォトインタラプタ１６とから構成されている。プレ
ート７は、長い細幅の弾性変形部２の下端に、駆動源６
から振動を印加させるための加振部５か一体に設けられ
、弾性変形部２の上端にスキャン部３が一体に設けられ
ている。ここで、弾性変形部２は、第１図（ａ）に示す
ように軸心Ｐの回りにねじれ変形するねじれ変形モード
と、第１図（ｂ）に示すように軸心Ｐに沿って曲げ変形
する曲げ変形モードが可能になっており、ねじれ変形モ
ードの弾性振動についてはｆＴの共振周波数を有し、曲
げ変形モードの弾性振動についてはｆ［Ｉの共振周波数
を有している。スキャン部３は、弾性変形部２の軸心Ｐ
に関してアンバランスな形状に形成されており、弾性変
形部２の軸心Ｐから離れた部分にウェイト部８が形成さ
れている。したがって、スキャン部３の重心は、弾性変
形部２の軸心Ｐから外れた位置にあり、さらに、弾性変
形部２の上端よりも上方に位置している。また、スキャ
ン部３の表面には、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光
素子４ａとフォトタイオード等の受光素子１５ａとレン
ズ系とからなるフォトインタラプタ１６が取り付けられ
ている。

加振部５は、圧電振動子等の駆動源６に接着もしくは接
合されて駆動ｉ原６に固定されており、スキャン部３は
弾性変形部２によってフリーに支持されている。

加振部５へ高周波振動（例えば、数１００Ｈｚ）を加え
る圧電振動子等の駆動源６は、駆動回路によって制御さ
れており、ねじれ変形モードの共振周波数ｆ、及び曲げ
変形モードの共振周波数ｆ［］の振動を励起される。第
３図に示すものは、この駆動回路９の一例であり、ねじ
れ変形モードの共振周波数ｆ、と一致する周波数の電圧
信号を出力し続けている発振器１０と、発振器１０から
出力されている電圧信号を増幅する増幅器１１と、曲げ
変形モードの共振周波数ｆｌＩと一致する周波数の電圧
信号を出力し続けている発振器１２と、この発振器１２
から圧力されている電圧信号を増幅する増幅器１３と、
画壇幅器１１．１３から出力された周波数ｆＴの電圧信
号と周波数ｆ。の電圧信号を重畳させて出力するミキシ
ング回路１４とから構成されている。

しかして、本発明に係るエリア光電センサ１は、上述の
ように構成されているので、駆動回路９によって駆動源
６を振動させ、この振動を加振部５に印加させて往復振
動させると、スキャン部３に慣性力が作用し、この慣性
力によって弾性変形部２は、慣性力の加わった方向に弾
性変形し振動する。しかも、加振部５に印カロされる駆
動周波数ｆの成分が、弾性変形部２のばね剛性や慣性モ
ーメントの値、プレート７の形状等から決まるねじれ変
形モードの共振周波数ｆＴまたは曲げ変形モードの共振
周波数ｆＩｌに一致すると、当該モードの弾性振動が弾
性変形部２で増幅され、スキャン部３が大きな回動角で
駆動される。すなわち、駆動周波数ｆ（成分）とスキャ
ン部３のねじれ変形モードの回動角θ、または曲げ変形
モードの回動角θ８との関係は、例えば第２図に示すよ
うになる。

第２図は、２つの共振周波数がｆＴ＜ｆｏの場合におけ
る、駆動源６の駆動周波数ｆとスキャン部３の回動角と
の関係を示しており、横軸が駆動周波数ｆ、縦軸がスキ
ャン部３のねじれ変形モードの回動角θ、または曲げ変
形モードの回動角θ８を示している。このようにねじれ
変形モードにおける回動角θ、は、駆動周波数ｆがｆ、
に等しい時に最大となり、その両側では急激に減衰する
。一方、曲げ変形モードにおける回動角θ８は、駆動周
波数ｆがｆ、に等しい時に最大となり、その両側で急激
に減衰する。したがって、圧電振動子のように微小振動
しか行なえないような駆動源６であっても、各弾性変形
モードの共振周波数と等しい周波数で駆動させることに
より、スキャン部３を大きな角度で回動させることがで
きる。

よって、加振部５に印加される電圧にねじれ変形モード
の共振周波数ｆＴか含まねていると、弾性変形部２でね
じれ変形モートの振動が増幅され、スキャン部３は第１
図（ａ）に示すようにθ７の回動角で軸心Ｐの回りに回
動させられる。したがって、発光素子４ａから光ビーム
α＝１ｆｆｌ射させれば、光ビームαは被検出物１７の
表面でＸ方向にスキャンされ、被検出物１７の表面で反
射された光ビームαは受光素子１５ａで検出される。

また、加振部５に印加される電圧に曲げ変形モードの共
振周波数ｆ、か含まれていると、弾性変形部２で曲げ変
形モードの振動が増幅され、スキャン部３は第１図（ｂ
）に示すようにθ。の回動角で軸、Ｃｒ　Ｐと直交する
方向Ｑの回りに回動させられる。

したがって、発光素子４ａから光ビームαが出射されて
いると、この光ビームαが被検出物１７の表面でＹ方向
にスキャンされ、反射された光ビームαは受光素子１５
ａで検出される。

従って、駆動源６により、ねじれ変形モードの共振周波
数ｆＴをもつ振動と曲げ変形モードの共振周波数ｆ［］
をもつ振動とを重ね合わせた振動モードで加振部５を振
動させると、弾性変形部２でねじれ変形モードと曲げ変
形モードの両振動が増幅され、スキャン部３では軸心２
回りの回動角θ１の振動とＱ方向の回りの回転角θ。の
振動とが合成され、発光素子４ａから出射された光ビー
ムαは被検出物１７の表面の２次元領域をスキャンされ
、受光素子１５ａによって被検出物１７の２次元領域の
様子が検出される。

また、駆動源６に印加する電圧を調整することにより加
振部５の振幅を変化させると、スキャン部３の回動角θ
アもしくはθ、を制御させることができる。すなわち、
第２図の破線で示した曲線は、実線で示した曲線よりも
大ぎな振幅で加振部５を振動させた場合であり、加振部
５の振幅が大ぎくなると、スキャン部３の回動角θア、
θ、も増大する。

第４図（ａ）　（ｂ）に示すものは本発明の別な実施例
であって、プレート７のスキャン部３の表面には発光ダ
イオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ等の発光素子４ｂが
取り付けられており、プレート７の基部、例えば加振部
５には多分割の受光素子１５ｂが取り付けられている。

この実施例では、発光素子４ｂから光ビームαを出射さ
せながらスキャン部３を駆動することにより、被検出物
１７の表面に光ビームαを２次元的にスキャンさせるこ
とができ、被検出部１７で反射された光ビームαを受光
素子１５ｂで検出させ、２次元のエリア測定を可能にし
ている。この実施例では、スキャン部３には、受光素子
１５ｂのみを実装されているので、スキャン部３の重量
負荷が軽減され、スキャン部３の高速動作が可能になる
。

なお、本発明の光走査装置は、上記実施例に限定される
ものでなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲におい
て種々の設計変更が可能である。

例えば、駆動源としては、圧電振動子や磁歪振動子等以
外にも、高速で微小振動可能なアクチュエータであれば
よく、例えば静電力を用いて微小振動を発生させるアク
チュエータを用いてもよい。

また、図示したプレートの形状は一例であって、２種以
上の弾性変形モードを得ることかできる形状であれば図
示の形状に限らない。

［発明の効果］ 本発明によれば、新規な原理による光走査装置を提供す
ることができる。すなわち、圧電振動子のような駆動源
の振動を弾性変形部によってスキャン部における少なく
とも２方向の回動運動に変換させることができ、スキャ
ン部の発光素子から光ビームを出射させていれば、被検
出物の表面等の２次元の領域で光ビームをスキャニング
させることができる。そして、被検出物で反射された光
ビームを受光素子で受光することにより被検出物の２次
元領域の様子を検知できる。

しかも、本発明によれば、光走査装置の構造が簡素化さ
れ、光走査装置を起生形化することかでき、かつ、安価
に製作できる。

さらに、加振部の振幅を調整することにより、スキャン
部の各スキャン角を変化させることができ、１台の光走
査装置によって光ビームを任意の面積の領域で走査させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　（ｂ）は本発明の一実施例であって、第
１図（ａ）はそのねじれ変形モードを示す斜視図、第１
図（ｂ）はその曲げ変形モードを示す斜視図、第２図は
駆動周波数とスキャン部の回動角との関係を示す図、第
３図は同上の駆動源を駆動させるための駆動回路を示す
ブロック図、第４図（ａ）（ｂ）は本発明の他側であっ
て、第４図（ａ）はそのねじれ変形モードを示す斜視図
、第４図（ｂ）はその曲げ変形モードを示す斜視図、第
５区は従来例の概略斜視図、第６図は別な従来例の概略
図である。 ２・・・弾性変形部 ３・・・スキャン部 ４ａ、４ｂ・・・発光素子 Ｓ・・・加振部 ６・・・駆動源 １５ａ、１５ｂ・・・受光素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも２つの弾性変形モードを有する弾性変
   形部と、 弾性変形部の一端に設けられた加振部と、 前記弾性変形部の各弾性変形モードに対する共振周波数
   の振動を加振部に付与するための駆動源と、 弾性変形部の他端に設けられ、加振部に振動が印加され
   た時に少なくともいずれかの弾性変形モードで弾性変形
   部を弾性振動させるように配置され、弾性変形部の弾性
   振動によって少なくとも２方向に回動できるようになっ
   たスキャン部と、スキャン部に設けられた発光素子と、 発光素子から出射され被検出物で反射された反射光を検
   出する受光素子とからなることを特徴とするエリア光電
   センサ。