JPH07128602A

JPH07128602A - 光走査装置及びその走査位置判別方法、並びに光学装置

Info

Publication number: JPH07128602A
Application number: JP30109593A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Kamota; 裕樹加守田; Hiroshi Goto; 博史後藤; Norimasa Yamanaka; 規正山中; Masahiro Yoneda; 匡宏米田
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1993-11-05
Filing date: 1993-11-05
Publication date: 1995-05-19

Abstract

(57)【要約】【構成】振動子１のミラー部６の裏面に対向させて発
光装置８を配置し、発光装置８から出射され、ミラー部
６の裏面で反射された走査位置判別用の光ビームＭＢを
受光できる位置に２次元位置検出素子のような受光装置
９を配置し、当該光ビームＭＢを受光装置９上で走査さ
せる。ミラー部６の回動角によって受光素子９の受光位
置（重心位置）が変化するので、受光装置９の受光位置
からミラー部６の回動角を知ることができ、したがって
ミラー部６で反射された走査用の光ビームＳＢの走査位
置を判別することができる。【効果】駆動源の駆動周波数と振動子の共振周波数が
不一致の場合や温度変化等によって共振周波数が変化し
た場合などにも、正確に走査用の光ビームの走査位置を
検出できる。

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及びその走査
位置判別方法、並びに光学装置に関する。特に、光ビー
ムの走査位置を正確に判別ないし検出することができる
共振型の光走査装置とその走査位置判別方法に関する。
さらに、その光走査装置を用いた光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明の出願人は、光ビームを２次元状
に走査することのできる超小型光スキャナを提案してき
た。この超小型光スキャナは、駆動源である圧電素子か
ら振動子にトーションバネ（弾性変形部）の共振周波数
と等しい周波数の振動を印加し、トーションバネを共振
振動させてミラー部を２軸回りに回動させ、ミラー部で
反射させた光ビームを２次元状に走査させるようにした
ものであって、例えば、特開平４−１４０７０６号公報
に開示されている。

【０００３】このような共振型の光スキャナでは、圧電
素子に駆動電圧Ｖを印加したとき、振動子が完全に共振
している場合には、ミラー部の回動角θも正弦波状に変
化し、駆動電圧Ｖと回動角θのとの間には９０°の位相
差が存在する。いま、駆動電圧Ｖと回動角θが、Ｖ＝Ｖ₀・sinωｔ θ＝θ₀・sin（ωｔ＋９０°）＝θ₀・cosωｔのように表わされるとすると、ミラー部の回動角θと駆
動電圧Ｖの間にはつぎの関係が成立する。但し、ωは共
振周波数である。 θ＝±θ₀・［１−（Ｖ／Ｖ₀）²］^1/2 … 従って、光スキャナによるミラー部の回動角θないしミ
ラー部で反射させた光ビームの走査位置は、光スキャナ
の駆動電圧Ｖより求めることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記式は
駆動電圧Ｖの周波数（以下、駆動周波数という）が振動
子の共振周波数に完全に一致しないと成り立たない。従
って、上記のような光スキャナでは、駆動周波数が振動
子の共振周波数に完全に一致しない場合には、駆動電圧
Ｖから光スキャナによる光ビームの走査位置を決定する
ことができないという問題があった。

【０００５】さらに、振動子の共振周波数及び光スキャ
ナ駆動回路の発振周波数は周囲温度により変化する。こ
のため、駆動周波数を振動子の共振周波数に一致させて
あっても、それぞれの周波数の温度係数が異なると、振
動子の共振周波数と駆動周波数との間にずれが生じ、上
記式が成立しなくなり、上記方法では光ビームの走査
位置を判別できなくなる。また、光スキャナ駆動回路に
共振周波数の変動をフィードバックするような回路を付
加し、共振周波数と駆動周波数を一致させる方法もある
が、駆動回路が複雑化し、実用的でなかった。

【０００６】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、光スキャナ
による光ビームの走査位置を正確に求める方法、特に、
駆動周波数と共振周波数とがずれている場合でも光ビー
ムの走査位置を正確に求める方法を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による光走査装置
は、ミラー部、振動入力部及び弾性変形部を有する振動
子と、前記振動子を弾性共振振動させる駆動源とを備
え、駆動源から振動入力部に振動を印加することによっ
て振動子を共振振動させ、走査用の光ビームをミラー部
で反射させることにより走査させるようにした光走査装
置において、走査位置判別用の光ビームを出射する発光
装置と、当該発光装置から出射された走査位置判別用の
光ビームを受光して走査用の光ビームの走査位置を判別
するための受光装置とを有することを特徴としている。

【０００８】上記光走査装置においては、前記発光装置
と受光装置のうちいずれか一方の装置を振動子のミラー
部に設け、いずれか他方の装置を前記いずれか一方の装
置と対向する位置に設けてもよい。あるいは、前記第２
の発光装置及び受光装置と光反射手段とのうちいずれか
一方を振動子のミラー部に設け、いずれか他方を前記い
ずれか一方と対向する位置に設け、第２の発光装置から
出射された走査位置判別用の光ビームが光反射手段で反
射されて受光装置へ入射されるようにしてもよい。

【０００９】また、振動子のミラー部に貫通孔を開口
し、光ビームの入射角によって透過率の変化する光学フ
ィルタを当該貫通孔に設け、前記発光装置から出射され
光学フィルタを透過した走査位置判別用の光ビームが、
受光装置で受光されるようにすることもできる。あるい
は、振動子のミラー部に受光装置を設け、光ビームの入
射角によって透過率の変化する光学フィルタを当該受光
装置の受光面に設け、前記発光装置から出射された走査
位置判別用の光ビームが、光学フィルタを透過して受光
装置に入射するようにすることもできる。この場合、前
記光学フィルタの透過率は、走査用の光ビームが走査範
囲の中央に向けて出射される方向を向いている状態で極
大となるようにするとよい。

【００１０】また、前記発光装置としては、端面出射型
半導体レーザ、面発光型半導体レーザ、発光ダイオード
又は微小発光径を有する発光ダイオードのいずれかを用
いることができる。また、前記受光装置としては、フォ
トダイオード、２分割もしくは４分割の位置判別機能を
有するフォトダイオード、フォトダイオードアレイ又は
位置検出素子のいずれかを用いることができる。また、
前記発光装置から出射される走査位置判別用の光ビーム
は走査用の光ビームを兼ねていてもよい。さらに、前記
発光装置、受光装置、光学フィルタ等の取り付け品をミ
ラー部に取り付けるに際しては、当該取り付け品の重心
がミラー部の回転中心から偏った位置となるように取り
付けることができる。

【００１１】本発明による光走査装置の走査位置判別方
法は、前記光走査装置を用いて、前記受光装置により受
光される走査位置判別用の光ビームの受光量分布の重心
位置ないし受光量の変化から、走査用の光ビームの走査
位置を判別するようにするものである。

【００１２】また、本発明による別な光走査装置の走査
位置判別方法は、前記光走査装置を用いて、前記受光装
置を複数個備え、前記発光装置から出射された走査位置
判別用の光ビームがいずれの受光装置に入射するかを判
別し、さらに当該受光装置上における受光量分布の重心
位置を求めることにより、走査用の光ビームの走査位置
を判別するものである。

【００１３】また、本発明による光学装置は、前記光走
査装置もしくは前記走査位置判別方法を用いた、人体検
知センサ、光電センサ、２次元イメージセンサのような
光センサや、バーコードリーダ、２次元コードリーダの
ように光走査装置を用いて物体を識別・認識する物体識
別認識装置などである。

【００１４】

【作用】本発明にあっては、走査位置判別用の発光装置
と受光装置を有しているので、振動子のミラー部の回動
角によって走査位置判別用の光ビームの受光装置への入
射状態を変化させることにより、例えば受光装置上の受
光量分布の重心位置から走査位置を判別することができ
る。あるいは、受光装置での受光量の変化から走査位置
を判別することができる。

【００１５】また、受光装置を複数個備えていれば、光
ビームがいずれの受光装置に入射するかを判別し、さら
に当該受光装置上の受光量分布の重心位置を求めること
により、走査用の光ビームの走査位置を判別することが
できる。

【００１６】従って、従来例のように駆動周波数と共振
周波数とのずれや駆動回路の温度特性等によって走査位
置の判別精度が影響を受けることがなく、正確に光ビー
ムの走査位置を特定することができる。

【００１７】また、光ビームの入射角によって透過率の
変化する光学フィルタを用い、走査用の光ビームが走査
範囲の中央に向けて出射される方向を向いている状態で
光学フィルタの透過率が極大となるようにした光走査装
置では、中心部での反射率が極小となり、周辺部での反
射率が大きくなる（例えば極大となる）ので、周辺部に
存在する物体の認識精度を向上できる。逆に、中心部に
ある物体からは正反射成分が多くて反射率が高いので、
走査用の光ビームは弱くても差し支えない。

【００１８】

【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、弾性変形振
動する振動子１と、振動子１を駆動させる圧電素子等の
駆動源２と、駆動源２を微小振動させるための駆動回路
（図示せず）と、光ビームＳＢの走査位置を判別するた
めの走査位置判別装置３とから構成されている。振動子
１は、シリコンウエハや薄いステンレス板等のプレート
材料から構成されており、弾性変形部（トーションバ
ー）４の一端に振動入力部５が設けられ、弾性変形部４
の他端にはミラー部６が設けられ、ミラー部６の片袖に
はウエイト部７が設けられている。ミラー部６の鏡面仕
上げされた部分では入射光を正反射させるようにしてい
る。駆動源２は振動子１の振動入力部５に接合されてお
り、振動子１は振動入力部５で駆動源２によりフリーに
支持されている。

【００１９】振動子１の弾性変形部４は２つの弾性変形
モード、例えばねじり共振振動モード及び曲げ共振振動
モードを有しており、駆動源２をねじり共振振動モード
の共振周波数ｆ_Tと等しい周波数で振動させると、この
振動が振動入力部５を通って弾性変形部４へ伝達され、
弾性変形部４がねじり共振振動モードで共振振動し、ミ
ラー部６が図１に示す回転中心軸Ｐの回りに回動する。
このとき、ミラー部６に走査用の光ビームＳＢ（以下、
走査ビームという。）が照射されていると、反射された
走査ビームＳＢはθp方向に走査される。同様に、駆動
源２を曲げ共振振動モードの共振周波数ｆ_Bと等しい周
波数で振動させると、この振動が振動入力部５を通って
弾性変形部４へ伝達され、弾性変形部４が曲げ共振振動
モードで共振振動し、ミラー部６がＰ軸と直交するＱ軸
の回りに回動する。このとき、ミラー部６に光ビームＳ
Ｂが照射されていると、反射された走査ビームＳＢはθ
q方向に走査される。さらに、ねじり共振振動モードの
共振周波数ｆ_T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ｆ_Bと等しい周波数の交流電圧が
重畳した交流電圧を駆動源２に印加して振動させると、
弾性変形部４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６がＰ軸及びＱ軸
の回りに回動する。従って、ミラー部６で反射した走査
ビームＳＢはθp方向及びθq方向に走査され、２次元状
に走査される。

【００２０】また、走査位置判別装置３は、走査位置モ
ニタ用の光ビームＭＢを出射する発光装置８と受光装置
９とからなり、発光装置８としては端面出射型や面発光
型の半導体レーザ素子を用い、受光装置９としては２次
元位置検出素子（position sensitive device）を用い
ている。この実施例では、振動子１のミラー部６には両
面に鏡面仕上げされており、ミラー部６の表面側に走査
ビームＳＢを入射させるように走査ビームＳＢを出射す
る発光装置１０が配置され、ミラー部６の裏面側に走査
位置モニタ用の光ビームＭＢを入射させるように走査位
置モニタ用の光ビームＭＢを出射する発光装置８が配置
され、発光装置８から出射されミラー部６の裏面で反射
された走査位置モニタ用の光ビームＭＢを受光できる位
置に受光装置９が配置されている。

【００２１】しかして、図２に示すように、この光走査
装置Ａにおいて、振動子１を駆動してミラー部６を回動
させると、発光装置１０から出射されミラー部６の表面
で反射された走査ビームＭＢは一定の領域内で２次元状
に走査されるが、同時に発光装置８から出射された走査
位置モニタ用の光ビームＳＢはミラー部６の裏面で受光
装置９へ向けて反射され、受光装置９の受光面上を走査
される。ここで、走査ビームＳＢの走査位置θp，θqは
ミラー部６の回動角によって決まり、走査位置モニタ用
の光ビームＭＢの受光装置９への入射位置もミラー部６
の回動角によって決まる。位置検出素子のような受光装
置９からは、受光装置９上における受光量分布の重心位
置が出力されるので、受光装置９から出力される受光量
の重心位置を走査位置モニタ用の光ビームＭＢの入射位
置とすれば、これよりミラー部６の回動角を求めること
ができ、走査ビームＳＢの走査位置θp，θqを求めるこ
とができる。このようにすれば、ミラー部６の実際の回
動角に基づいて走査ビームＳＢの走査位置θp，θqを求
めることができるので、従来例のように駆動周波数と共
振周波数等とのずれなどに影響されることなく、正確に
走査ビームＳＢの走査位置θp，θqを求めることができ
る。

【００２２】なお、図１の実施例では、ミラー部６の表
面側で走査ビームＳＢを反射させ、ミラー部６の裏面側
で走査ビームＳＢを反射させるようにしたが、ミラー部
６の表面側のみを鏡面仕上げし、走査ビームＳＢと走査
位置モニタ用の光ビームＭＢをミラー部６の表面側での
み反射させるように発光装置８及び受光装置９を配置し
てもよい。但し、その場合には、走査ビームＳＢと走査
位置モニタ用の光ビームＭＢとが互いに干渉し合わない
よう、両光ビームＳＢ，ＭＢの光軸を異ならせておく必
要があり、走査位置モニタ用の光ビームＭＢによって光
走査を遮らなければ、発光装置８及び受光装置９の設置
位置には制限はない。

【００２３】図３は本発明の別な実施例による光走査装
置Ｂを示す概略平面図である。この光走査装置Ｂにあっ
ては、走査位置判別装置３を構成する発光装置８を振動
子１のミラー部６の裏面に取り付け、当該発光装置８と
対向させて受光装置９を設けている。この実施例では、
発光装置８としては、微小発光径を有する発光ダイオー
ド（点光源ＬＥＤ）を用い、受光装置９としては、２次
元位置検出素子を用いている。この光走査装置Ｂにおい
ては、ミラー部６が回転すると、発光装置８もミラー部
６と共に回転するので、発光装置８から出射された走査
位置モニタ用の光ビームＭＢは受光装置９上を走査され
る。従って、受光装置９によって受光量の重心位置（光
ビームＭＢの入射位置）を求めれば、ミラー部６の回動
角が分かり、走査ビームＳＢの走査位置θp，θqを求め
ることができる。

【００２４】なお、図３の実施例とは逆に、ミラー部６
の裏面に受光装置９を取り付け、受光装置９と対向させ
て発光装置８を配置してもよい。

【００２５】図４は本発明のさらに別な実施例による光
走査装置Ｃを示す概略平面図である。この光走査装置Ｃ
にあっては、走査位置判別装置３を構成する受光装置９
を振動子１のミラー部６の裏面に取り付け、受光装置９
と対向させて発光装置８を設けている。この実施例の特
徴は、受光装置９に位置検出機構が必要なく、受光量を
検出するような通常のフォトダイオードやフォトトラン
ジスタなどを使用している点にある。また、発光装置８
も受光装置９の受光面全体を照射するような太い光ビー
ムを出射するものでよい。

【００２６】この光走査装置Ｃにおいては、発光装置８
から出射された走査位置モニタ用の光ビームＭＢは直接
受光装置９を照射する。このとき受光装置９における光
ビームＭＢの受光量（全受光量）Ｐは、図５に示すよう
に垂直入射の場合にピークを持つ関数で表わされるの
で、受光装置９の受光量をモニタすることによりミラー
部６の回動角及び走査ビームＳＢの走査位置を求めるこ
とができる。

【００２７】なお、図４の実施例でも受光装置９と発光
装置８の配置は逆にしても差し支えない。

【００２８】図６は本発明のさらに別な実施例による光
走査装置Ｄを示す斜視図である。この実施例では、例え
ば図４の実施例のような光走査装置Ｃの構成において、
受光装置９の重心が振動子１の回転軸Ｐから外れた位置
にくるように受光装置９をミラー部６に取り付けてい
る。ミラー部６は受光装置９の重量によって回転軸Ｐの
回りに慣性モーメントを発生するので、振動子１のウエ
イト部７を省くことができ、振動子１の形状を対称な形
状にでき、小型かつ簡単な形状の振動子１を用いること
ができる。同様に、発光装置８などをミラー部６に取り
付ける場合にも、回転軸Ｐから外れた位置に取り付ける
ことにより、ウエイト部７を省くことができる。

【００２９】図７は本発明のさらに別な実施例による光
走査装置Ｅを示す概略平面図である。この光走査装置Ｅ
では、走査位置判別装置３を構成する発光装置８及び受
光装置９を振動子１のミラー部６の裏面に設け、当該発
光装置８及び受光装置９に対向させて反射ミラー１１を
設け、発光装置８から出射された走査位置モニタ用の光
ビームＭＢが反射ミラー１１で反射した後、受光装置９
に入射するようにしている。このような光走査装置Ｅに
おいても、例えば受光装置９として２次元位置検出素子
を用いた場合、発光装置８から出射され反射ミラー１１
で反射した後、受光装置９に入射する走査位置モニタ用
の光ビームＭＢの受光量の重心位置はミラー部６の回動
角によって変化するので、この重心位置からミラー部６
の回動角を求めることができ、さらに走査ビームＳＢの
走査位置θp，θqを求めることができる。なお、この実
施例においても、受光装置９の全受光量の変化から走査
ビームＳＢの走査位置θp，θqを求めることもできる。

【００３０】図８は本発明のさらに別な実施例による光
走査装置Ｆを示す概略平面図である。この光走査装置Ｆ
では、振動子１のミラー部６の裏面に１つの発光装置８
と複数個の受光装置９ａ，９ｂを取り付け、当該発光装
置８及び受光装置９ａ，９ｂに対向させて反射ミラー１
１を設け、発光装置８から出射された走査位置モニタ用
の光ビームＭＢが反射ミラー１１で反射した後、いずれ
かの受光装置９ａ，９ｂに入射するようにしている。受
光装置９ａ，９ｂとしては、２次元位置検出素子を用い
ている。この光走査装置Ｆにおいても、発光装置８から
出射され反射ミラー１１で反射した走査位置モニタ用の
光ビームＭＢは、ミラー部６の回動角によっていずれの
受光装置９ａ，９ｂに入射し、その受光装置９ａ，９ｂ
の受光量の重心位置がどの位置にくるかが定まるので、
走査位置モニタ用の光ビームＭＢの入射する受光装置９
ａ，９ｂと、その受光量重心位置からミラー部６の回動
角を求めることができ、さらに走査ビームＳＢの走査位
置θp，θqを求めることができる。なお、この実施例に
おいて、反射ミラー１１と発光装置８及び受光装置９
ａ，９ｂの配置を逆にしてもよい。すなわち、ミラー部
６の裏面を鏡面仕上げし、ミラー部６の裏面に対向させ
て複数個の受光装置９ａ，９ｂと発光装置８とを配置し
てもよい。

【００３１】図９は本発明のさらに別な実施例による光
走査装置Ｇを示す概略図である。この光走査装置Ｇにお
いては、ミラー部６の中央部に貫通孔１２をあけ、この
貫通孔１２を覆うようにミラー部６の表面に光学フィル
タ１３を取り付けている。発光装置１４は、出射光ビー
ムＢがミラー部６の貫通孔１２を通過するように配置さ
れており、光学フィルタ１３及び貫通孔１２を通過した
光ビームＭＢの光軸上に受光装置９を配置している。こ
こで用いた光学フィルタ１３は、発光装置１４から出射
される光ビームＢの９０％以上を反射し、１０％程度を
透過させるような光学フィルタである。また、この光学
フィルタ１３は、光ビームＢの入射角度によって反射率
及び透過率が変化するように設計されており、例えば図
１０（ａ）に示すように、ミラー部６の静止状態で（す
なわち、光学フィルタ１３で反射された光ビームが走査
範囲の中央部に出射されている時に）透過率が最大とな
るように設計されている。

【００３２】この光走査装置Ｇでは、発光装置１４から
出射された光ビームＢは光学フィルタ１３に入射し、そ
の一部は光学フィルタ１３で反射した後走査領域へ向け
て走査ビームＳＢとして出射され、残りは光学フィルタ
１３及び貫通孔１２を透過して走査位置モニタ用の光ビ
ームＭＢとして受光装置９へ入射する。従って、受光装
置９が感じる受光量は、図１０（ａ）（ｂ）に示すよう
に、光学フィルタ１３による透過率に比例し、そのため
受光装置９によって受光量をモニタすればミラー部６の
回動角、言い換えると光ビームＳＢの走査位置θp，θq
を特定することができる。

【００３３】図１１は本発明のさらに別な実施例による
光走査装置Ｈを示す概略平面図である。この光走査装置
Ｈでは、振動子１のミラー部６の表面に受光装置９を取
り付け、受光装置９の表面に光学フィルタ１３を設けて
いる。この光学フィルタ１３は、図９の実施例で用いた
ものと同じものである。しかして、発光装置１４から出
射された光ビームＢは光学フィルタ１３に入射し、その
一部は光学フィルタ１３で反射した後走査領域へ向けて
走査ビームＳＢとして出射され、残りは光学フィルタ１
３を透過して走査位置モニタ用の光ビームＭＢとして受
光装置９へ入射する。従って、受光装置９が感じる受光
量は、光学フィルタ１３による透過率に比例し、そのた
め受光装置９によって受光量をモニタすればミラー部６
の回動角、言い換えると光ビームＳＢの走査位置θp，
θqを特定することができる。しかも、振動子１上に受
光装置９と光学フィルタ１３とが一体化された光走査装
置Ｈにあっては、受光装置９として位置検出素子等の位
置検出機能を有するものを用いた場合、光学フィルタ１
３がある厚みを持っているためにミラー部６が回動して
入射角が変ると光学フィルタ１３内における屈折の様子
が変化するので、透過光ビームＭＢの受光装置９上にお
ける受光量分布の重心位置がミラー部６の回動角に伴っ
て変化する。この結果、重心位置の変化が増幅され、そ
の重心位置を求めるとミラー部６の回動角及び光ビーム
の走査位置をより正確に特定することができる。

【００３４】図１１の実施例においては、垂直入射の場
合に透過率が最大となる光学フィルタを用い、受光装置
９で受光量の変化をモニタするようにしてもよい。この
ように構成すると、受光装置９と入射光ビームの傾きに
よる受光量変化と光学フィルタによる透過率の変化とが
一致するので、感度の高い走査位置判別装置３を構成す
ることができる。

【００３５】また、上記各実施例の光走査装置では、駆
動周波数が共振周波数と一致しているか否かに関係な
く、走査ビームＳＢの走査位置を検出することができる
ので、光走査装置による走査ビームの走査幅も正確に検
出することができる。従って、周波数が共振周波数と一
致している場合の走査ビームＳＢの走査幅を予め駆動回
路に記憶させておけば、駆動回路から出力させる駆動周
波数をオートチューニング回路によって連続的にスキャ
ンさせながら、一方で光走査装置による走査幅をモニタ
し、モニタしている走査幅が共振時の走査幅と一致した
瞬間に駆動周波数のスキャニングを停止すると、駆動周
波数を共振周波数に一致させることができる。あるい
は、共振時には走査ビームＳＢの走査幅が最大となるの
で、駆動周波数をスキャンさせながら走査幅が最大とな
る位置で駆動周波数のスキャニングを停止させることに
よっても、駆動周波数を共振周波数に一致させることが
できる。従って、温度変化等によって共振周波数がシフ
トしても、共振周波数をモニタし、絶えず駆動周波数を
共振周波数に一致させ、最大の走査幅となるように自動
調整することができる。

【００３６】なお、上記実施例のうち、位置検出素子の
ように位置検出機能を有する受光装置を用いた実施例で
は、受光量の変化から走査位置を検出するようにもでき
る。逆に、受光量の変化から走査位置を検出するように
した実施例では、位置検出機能を有する受光装置を用い
て走査位置を検出するようにもできる。位置検出機能を
有する受光装置としては、位置検出素子（ＰＳＤ）に限
らず、２分割もしくは４分割の位置判別機能を有するフ
ォトダイオード、フォトダイオードアレイなどを用いる
こともできる。また、上記各実施例では発光装置から出
射された走査位置モニタ用の光ビームは直接受光装置へ
導いているが、レンズによって当該光ビームを受光装置
の受光面上に集光させるようにしても差し支えない。

【００３７】図１２に示すものは、人体検知センサや光
電センサ、２次元イメージセンサ等の光センサＫであっ
て、走査ビームＳＢを出射する発光装置１０、光走査装
置Ｊ、走査ビームＳＢを受光する受光装置１５等から構
成されている。しかして、発光装置１０から出射された
走査ビームＳＢは光走査装置Ｊで反射され、走査領域１
６に向けて出射されると共に走査領域１６内で２次元状
に走査される。このとき走査領域１６内に物体が存在す
ると、物体表面で反射された走査ビームＳＢは受光装置
１５で受光される。光走査装置Ｊは上記のように走査ビ
ームＳＢの走査位置を検出することができるので、走査
ビームＳＢの走査位置を示す信号を常に処理回路１７へ
出力させておき、受光装置１５が物体で反射された走査
ビームＳＢを受光した瞬間に処理回路１７へ検知信号を
出力するようにしておけば、処理回路１７によって受光
装置１５からの検知信号を受信した瞬間の走査位置を知
ることができる。従って、この光センサＫによれば、走
査領域１６内に存在する物体の位置や大きさ、形状等を
検出することができる。しかも、この光走査装置Ｊによ
れば走査ビームＳＢの走査位置を温度変化等によらず正
確に判定することができるので、光センサＫの検出精度
も向上する。

【００３８】図１３に示すものは、バーコードリーダ、
２次元コードリーダのように光走査装置を用いて物体を
識別・認識する物体識別認識装置Ｌであって、走査ビー
ムＳＢを出射する発光装置１０、光走査装置Ｊ、走査ビ
ームＳＢを受光する受光装置１５等から構成されてい
る。しかして、発光装置１０から出射された走査ビーム
ＳＢは光走査装置Ｊで反射され、走査装置Ｊによってバ
ーコード（あるいは、２次元コード）１８の表面に沿っ
て走査される。バーコード１８のバー領域とスペース領
域とでは走査ビームＳＢの反射率が異なるので、受光装
置１５で受光する受光量はバーコード１８のパターンに
応じて変化する。光走査装置Ｊで検出されている走査ビ
ームＳＢの走査位置を示す信号はバーコード判別処理回
路１９へ出力されており、受光装置１５の受光量の変化
を示す信号もバーコード判別処理回路１９に出力されて
いるので、両信号に基づいてバーコード１８を解読する
ことができる。しかも、この光走査装置Ｊによれば走査
ビームＳＢの走査位置を温度変化等によらず正確に判定
することができるので、物体識別認識装置Ｌの検出精度
も向上する。

【００３９】バーコードリーダや２次元コードリーダの
ように反射光強度を信号として認識する物体識別認識装
置においては、共振型の光走査装置を用いた場合には、
走査領域の両端における認識物体からの反射光量は走査
領域の中心部の反射光量よりも小さくなるので、物体が
走査領域の端部にあるとき読み取り誤差を生じ兼ねな
い。すなわち、走査領域の両端付近の物体からの反射光
量を多くすることは、物体識別認識装置にとって有効で
ある。そこで、光走査装置として図９や図１１に示した
ような構造のものを用い、振動子のミラー部上に形成す
る光学フィルタの反射率を走査領域の端へいくほど大き
くしてやれば、走査領域の端部に位置する物体からの反
射光量を十分大きくし、中心部からの反射光量とほぼ同
じくらいにすることができることになり、読み取り誤差
を小さくして高精度の物体識別認識装置を構成すること
ができる。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、走査位置判別用の発光
装置と受光装置を設け、振動子のミラー部の回動角によ
って走査位置判別用の光ビームの受光装置への入射状態
を変化させるようにしているので、駆動周波数と共振周
波数とのずれや駆動回路の温度特性等によって走査位置
の判別精度が影響を受けることがなく、正確に光ビーム
の走査位置を特定することができる。従って、この光走
査装置を光センサや物体識別認識装置等に用いれば、検
出精度を向上させることができる。

【００４１】その場合、発光装置と受光装置のうち一方
を振動子のミラー部に設けるようにすれば、光走査装置
の外形寸法を大きくすることなく、走査位置判別精度の
高い光走査装置を構成することができる。

【００４２】また、振動子のミラー部に開口した貫通孔
に光学フィルタを設けたり、ミラー部に取り付けた受光
装置の上に光学フィルタを設けた光走査装置では、光学
フィルタの特性を利用して、すなわち光ビームの入射角
によって透過率が変化することを利用して、受光装置に
入射する受光量が走査位置によって大きく変化するよう
に調整したり、検出精度を向上させたい領域で検出精度
が高くなるように調整したりすることができる。

【００４３】また、走査位置判別用の光ビームと走査用
の光ビームを同一の発光装置から出射させるようにすれ
ば、全体として１個の発光装置で済み、光走査装置を小
型化できると共にコストも安価にできる。

【００４４】また、発光装置、受光装置、光学フィルタ
等の取り付け品をミラー部の回転中心からずらせてミラ
ー部に取り付ければ、慣性モーメントを発生させるため
のウエイト部を振動子から省くことができ、振動子を小
型化できる。

【００４５】また、光ビームが複数の受光装置のいずれ
に入射するかを判別し、さらに当該受光装置上の受光量
分布の重心位置を求めるようにすれば、受光装置の寸法
に比較して大きな回動角でミラー部が回動する場合にも
対応することができる。

【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】同上の作用説明図である。

【図３】本発明の他例による光走査装置を示す概略平面
図である。

【図４】本発明のさらに他例による光走査装置を示す概
略平面図である。

【図５】同上のミラー部の回動角と受光装置における受
光量との関係を示す図である。

【図６】本発明のさらに別な実施例による光走査装置を
示す斜視図である。

【図７】本発明のさらに別な実施例による光走査装置を
示す概略平面図である。

【図８】本発明のさらに別な実施例による光走査装置を
示す概略平面図である。

【図９】本発明のさらに別な実施例による光走査装置を
示す概略平面図である。

【図１０】（ａ）は同上の実施例に用いられている光学
フィルタの透過率特性を示す図、（ｂ）は受光装置によ
る受光量の変化を示す図である。

【図１１】本発明のさらに別な実施例による光走査装置
を示す概略平面図である。

【図１２】本発明による光センサを示す概略構成図であ
る。

【図１３】本発明による物体識別認識装置を示す概略構
成図である。

【符号の説明】

１振動子２駆動源３走査位置判別装置４弾性変形部６ミラー部８発光装置９受光装置１１反射ミラーＳＢ走査用の光ビームＭＢ走査位置判別用の光ビーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ４１Ｊ 2/45 2/455 (72)発明者米田匡宏京都府京都市右京区花園土堂町10番地オムロン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ミラー部、振動入力部及び弾性変形部を
有する振動子と、前記振動子を弾性共振振動させる駆動
源とを備え、駆動源から振動入力部に振動を印加するこ
とによって振動子を共振振動させ、走査用の光ビームを
ミラー部で反射させることにより走査させるようにした
光走査装置において、走査位置判別用の光ビームを出射する発光装置と、当該
発光装置から出射された走査位置判別用の光ビームを受
光して走査用の光ビームの走査位置を判別するための受
光装置とを有することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】前記発光装置と受光装置のうちいずれか
一方の装置を振動子のミラー部に設け、いずれか他方の
装置を前記いずれか一方の装置と対向する位置に設けた
ことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】前記発光装置及び受光装置と光反射手段
とのうちいずれか一方を振動子のミラー部に設け、いず
れか他方を前記いずれか一方と対向する位置に設け、発
光装置から出射された走査位置判別用の光ビームが光反
射手段で反射されて受光装置へ入射されるようにしたこ
とを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項４】振動子のミラー部に貫通孔を開口し、光
ビームの入射角によって透過率の変化する光学フィルタ
を当該貫通孔に設け、前記発光装置から出射され光学フ
ィルタを透過した走査位置判別用の光ビームが、受光装
置で受光されるようにしたことを特徴とする請求項１に
記載の光走査装置。
【請求項５】振動子のミラー部に受光装置を設け、光
ビームの入射角によって透過率の変化する光学フィルタ
を当該受光装置の受光面に設け、前記発光装置から出射
された走査位置判別用の光ビームが、光学フィルタを透
過して受光装置に入射するようにしたことを特徴とする
請求項１に記載の光走査装置。
【請求項６】前記光学フィルタの透過率は、走査用の
光ビームが走査範囲の中央に向けて出射される方向を向
いている状態で極大となるようにしたことを特徴とする
請求項４又は５に記載の光走査装置。
【請求項７】前記発光装置から出射される走査位置判
別用の光ビームが走査用の光ビームを兼ねていることを
特徴とする請求項１，２，３，４，５又は６に記載の光
走査装置。
【請求項８】前記発光装置、受光装置、光学フィルタ
等の取り付け品をミラー部に取り付けるに際し、当該取
り付け品の重心がミラー部の回転中心から偏った位置と
なるように取り付けたことを特徴とする請求項１，２，
３，４，５，６又は７に記載の光走査装置。
【請求項９】前記発光装置が、端面出射型半導体レー
ザ、面発光型半導体レーザ、発光ダイオード又は微小発
光径を有する発光ダイオードのいずれかであることを特
徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７又は８に記
載の光走査装置。
【請求項１０】前記受光装置が、フォトダイオード、
２分割もしくは４分割の位置判別機能を有するフォトダ
イオード、フォトダイオードアレイ又は位置検出素子の
いずれかであることを特徴とする請求項１，２，３，
４，５，６，７，８又は９に記載の光走査装置。
【請求項１１】請求項１，２，３，４，５，６，７，
８，９又は１０に記載の光走査装置において、前記受光
装置により受光される走査位置判別用の光ビームの受光
量分布の重心位置ないし受光量の変化から、走査用の光
ビームの走査位置を判別するようにしたことを特徴とす
る光走査装置の走査位置判別方法。
【請求項１２】請求項１，２，３，５，６，７，８，
９又は１０に記載の光走査装置において、前記受光装置
を複数個備え、前記発光装置から出射された走査位置判
別用の光ビームがいずれの受光装置に入射するかを判別
し、さらに当該受光装置上における受光量分布の重心位
置を求めることにより、走査用の光ビームの走査位置を
判別するようにしたことを特徴とする光走査装置の走査
位置判別方法。
【請求項１３】人体検知センサ、光電センサ、２次元
イメージセンサのような光センサや、バーコードリー
ダ、２次元コードリーダのように光走査装置を用いて物
体を識別・認識する物体識別認識装置などの光学装置で
あって、請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９又は１０に
記載の光走査装置もしくは請求項１１又は１２に記載の
光走査装置の走査位置判別方法を用いたことを特徴とす
る光学装置。