JPH08240782A - 光スキャナ、光センサ装置及び符号情報読み取り装置並びに符号情報読み取り方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 モータなどの外乱振動に強い２次元走査可能
な小型の光スキャナを提供する。 【構成】 曲げ変形モードを有する曲げ弾性変形部３ａ
の一端を片持ち状に振動入力部４に支持させ、その他端
には連設部５を設ける。ねじれ変形モードを有する２本
のねじれ弾性変形部３ｂによってスキャン部６を連設部
５と振動入力部５に支持させた振動子１を、シリコンウ
エハなどから一体として形成する。振動入力部４には駆
動源２の振動面を接合し、スキャン部６には光ビームｒ
を反射するミラー部７を設ける。 【効果】 曲げ弾性変形部及びねじれ弾性変形部には、
それぞれ曲げ応力及び剪断応力しか加わらず、疲労破壊
や衝撃破壊に強くなる。また、弾性変形部の厚さＴを薄
くし、長さＬを短くして小型で高速走査が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光スキャナ、光センサ装
置及び符号情報読み取り装置並びに符号情報読み取り方
法に関する。具体的には、例えばレーザビームプリン
タ、バーコードリーダなどのビーム走査方式のエリアセ
ンサに用いられる光スキャナであって、特に２次元的に
光走査可能な光スキャナに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光スキャナとして、光源から出射
された光ビームを回転しているポリゴンミラーに反射さ
せ、光ビームを走査させるようにしたものがある。しか
しながら、この光スキャナは小型化が容易でなく、加工
や組み立てコストが高く安価に提供することができなか
った。また、光ビームは一方向にしか走査できず、一台
の光スキャナでは２方向へ光ビームを走査することがで
きなかった。そこで、出願人らは、小型化が容易で２方
向に同時に走査可能な光スキャナを安価に提供すべく、
新たな光スキャナを開発している。図１７に示すもの
は、その光スキャナＰの概略斜視図である。

【０００３】光スキャナＰに使用される振動子５１は、
曲げ方向（θ_B方向）及びねじれ方向（θ_T方向）に弾性
変形モードを有する弾性変形部５２の一端に振動入力部
５３を設け、他端に光ビーム反射用のスキャン部５４を
設け、スキャン部５４の片袖部にスキャン部５４の慣性
モーメントを増大させるための慣性モーメント発生翼５
５を形成したものであり、金属材料やシリコンウエハ等
から一体として形成することができる。この振動子５１
の振動入力部５３には圧電素子５６が取り付けられてお
り、弾性変形部５２の曲げ変形モードの共振周波数ｆ_B
と等しい周波数の振動を圧電素子５６から振動入力部５
３に印加すると、スキャン部５４がθ_B方向に回動す
る。また、弾性変形部５２のねじれ変形モードの共振周
波数ｆ_Tと等しい周波数の振動を圧電素子５６から振動
入力部５３に印加すると、スキャン部５４がθ_T方向に
回動する。しかして、スキャン部５４に光ビームｒが照
射されていると、反射光がθ_B方向もしくはθ_T方向に走
査される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この光
スキャナＰにあっては一つの弾性変形部５２が二つの弾
性変形モードで弾性変形するため、２方向に同時にスキ
ャンさせた場合には弾性変形部５２に曲げ変形モードに
よる曲げ応力とねじれ変形モードによる剪断応力の合力
が作用するため、弾性変形部５２に大きな内部応力が生
じることになる。このため、振動子５１が、金属材料か
ら形成された場合には金属疲労により、またシリコンな
どの単結晶材料（シリコンウエハ）から形成された場合
には衝撃破壊などによって、振動子５１に破損を生じや
すく光スキャナＰの信頼性の低下を引き起こしていた。

【０００５】そこで、十分な信頼性を確保すべく弾性変
形部５２に生じる内部応力を小さくしようとすれば、弾
性変形部５２に生じる応力Ｓは走査角θ、弾性変形部５
２の厚さＴに比例し、弾性変形部５２の長さＬに反比例
するので、走査角θを小さくするか、弾性変形部５２の
厚さＴを薄くするか長さＬを長くしなければならない。
したがって、走査角θを小さくすれば光スキャナＰの機
能低下につながり、弾性変形部５２を長くすれば光スキ
ャナＰが大型化してしまうという問題点があった。ま
た、弾性変形部５２の厚さＴを薄くすれば、弾性変形モ
ードの共振周波数を低下させるので光スキャナＰの高速
化の妨げとなる。

【０００６】また、光スキャナＰは弾性変形モードの共
振周波数と等しい周波数の振動が加振されて振動する共
振型の光スキャナであるので、モータ等によって外部か
らその共振周波数と等しい周波数の外乱振動が加えられ
た場合には走査角θが変動するなど、安定した走査を維
持することができない。このため、共振型の光スキャナ
Ｐが搭載された光センサ装置やバーコードリーダ等の符
号情報読み取り装置を、例えば工場の組み立てラインな
どモータやロボットなどの振動源からの外乱振動がある
環境下でも使用するためには、光スキャナＰの共振周波
数を外乱振動源の振動周波数よりも高くなるように設定
する必要がある。

【０００７】このとき、光スキャナＰの共振周波数を高
く設定するには弾性変形部５２の厚さＴを厚くするのが
効果的であるが、弾性変形部５２の厚さＴを厚くすれば
応力が大きくなり破損されやすく、信頼性が著しく低下
してしまう。したがって、共振周波数をそれ程高くする
ことができず、高い振動周波数の外乱振動による影響を
避けることが困難であった。このため光スキャナＰにあ
っては小型で２次元走査ができるなど高機能でありなが
ら、その用途が限定されていた。

【０００８】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、小型で長寿
命で高速走査が可能であり、しかも外乱振動のある環境
下でも使用可能な光スキャナを提供することにある。ま
た、当該光スキャナの応用分野を明らかにし、例えば外
乱振動のある工場内やロボットなどの可動体上でも符号
情報を読み取ることができる符号情報読み取り装置など
を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の光スキャナは、
光ビームを反射するスキャン部と、第１の軸の回りに前
記スキャン部を回動させる第１の弾性変形部と、前記第
１の軸方向と交差する方向を向いた第２の軸の回りに前
記スキャン部を回動させる第２の弾性変形部と、前記二
つの弾性変形部に振動を伝える加振部と、前記加振部に
振動を印加する加振源とを備えたことを特徴としてい
る。

【００１０】前記二つの弾性変形部は、一方がねじれ変
形し、残る一方が曲げ変形するようにしてもよく、前記
曲げ変形する弾性変形部は２本の片持ち梁から構成して
もよい。また、前記曲げ変形する弾性変形部は、加振部
が設けられる一端から他端にかけて、細くなるようにす
ることもできる。

【００１１】また、同じ弾性変形モードで変形する二つ
の弾性変形部で構成することもでき、これらの光スキャ
ナにあっては、前記スキャン部の重心がねじれ変形する
前記弾性変形部の回動軸から外れるように、前記スキャ
ン部の形状が前記回動軸に対して非対称となるように形
成することができる。

【００１２】本発明の光センサ装置は、本発明の光スキ
ャナと、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、前記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
光ビームを前記光スキャナで走査し、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。

【００１３】また本発明の別な光センサ装置は、本発明
の光スキャナと、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、前記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、前記光スキャナにより
走査される光ビームの走査位置を検知するための光走査
位置検知手段とを備え、前記光源から出射された光ビー
ムを前記光スキャナにより走査し、物体からの反射光を
検知するとともに、前記光走査位置検知手段により検知
した走査位置情報に基づき、物体の位置、形状、寸法な
どの情報を検出することを特徴としている。

【００１４】本発明の符号情報読み取り装置は、検知対
象がバーコード、多段バーコード、マトリックス化され
た２次元バーコードなどの符号情報を有する物体で、同
上の光センサ装置を用いて、前記符号情報を読み取るこ
とを特徴としている。

【００１５】本発明の符号情報読み取り方法は、上記符
号情報読み取り装置をロボットなどの可動体に搭載して
前記符号情報を読み取ることを特徴としている。

【００１６】また、本発明の別な符号情報読み取り装置
は、本発明による光スキャナと、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、前記受光素子から
出力される電気信号を処理する信号処理手段と、前記光
スキャナにより走査される光ビームの走査位置を検知す
るための光走査位置検知手段と、予め検知したい物体の
情報を記憶する記憶部と、検知した情報が前記記憶部に
記憶してある情報と同じか否かを判断する判定部とを備
え、前記光源から出射された光ビームを前記光スキャナ
により走査し、物体からの反射光を検知するとともに、
前記光走査位置検知手段により検知した走査位置情報に
基づき物体の位置、形状、寸法などの情報を検知し、予
め前記記憶部に記憶させておいた情報とを比較して、前
記検知された情報がバーコード、多段バーコード、マト
リックス化された２次元バーコードなどの符号情報であ
れば、当該符号情報を読み取ることを特徴としている。

【００１７】

【作用】本発明の光スキャナにあっては、二つの弾性変
形部によりスキャン部をそれぞれ交差する方向に回動さ
せるようにしているので、スキャン部を２方向に回動し
たときに発生する内部応力は、従来例のように一つの弾
性変形部に加わるのではなく、それぞれの弾性変形部に
別々に発生する。このため弾性変形部の破損が少なくな
り、高寿命化、耐衝撃性が図れ、２軸走査型光スキャナ
の信頼性を向上することができる。また、弾性変形部の
厚さを薄くして共振周波数を高くできるので高速走査が
可能になり、しかも、高い周波数の外乱振動に対しても
強くなる。また、弾性変形部の長さを短くして小型の光
スキャナとすることもできる。このとき、弾性変形部の
一つがねじれ変形で、残る一方が曲げ変形するようにす
れば、より小型な２次元走査型の光スキャナとすること
ができる。

【００１８】また、曲げ変形する弾性変形部を２本の片
持ち梁から形成すれば２倍の剛性を得ることができるの
で、共振周波数の高い光スキャナを得ることができ、よ
り高速走査、外乱振動に強い光スキャナとすることがで
きる。また、スキャン部を２本の片持ち梁で挟む構成に
できるので、スキャン部への不用意な接触を防ぎ、光ス
キャナの取り扱いが容易になり、光センサ装置などへの
組み込みが楽にできる。さらに、曲げ変形する弾性変形
部の先端に向って弾性変形部を細く形成しておくと、曲
げ変形時の慣性モーメントが小さくなり、共振周波数を
より高くできる。

【００１９】また、同じ弾性変形モードで変形する二つ
の弾性変形部からスキャン部を２方向に回動できるよう
に光スキャナを構成しているので、同じ共振周波数を有
する２つの弾性変形部でスキャン部を支持し共通の共振
周波数で振動させるようにすれば、加振部の電源変動や
振動周波数の変動を生じても、光走査方向が長方形状に
ひずむことなく正方形状に光走査方向を保つことができ
る。

【００２０】これらの光スキャナにあっては、スキャン
部の形状をねじれ変形する弾性変形部の回動軸に非対称
に形成し、スキャン部の重心が回動軸から外れるように
すれば、回動軸の回りに慣性モーメントが発生し、スキ
ャン部が回動軸の回りに回動するようになる。

【００２１】これらの光スキャナは、物体の有無や形状
などを検知する光センサ装置やバーコードなどの符号情
報を読み取る符号情報読み取り装置などに用いることが
でき、外乱振動などにも強い信頼性の高い装置を提供す
ることができる。特に、光センサ装置を作業用ロボット
などの振動のある可動体に搭載して符号情報を読み取る
ようにすれば、１台の装置で複数の生産ラインに対応す
ることが可能となり、ファクトリオートメーションの低
コスト化が図れる。

【００２２】

【実施例】図１に示すものは、本発明の一実施例である
光スキャナＡの概略斜視図である。光スキャナＡは、振
動子１と圧電素子や磁歪振動子等の微小振動を発生する
小形の駆動源２とから構成されている。振動子１は、軸
心Ｐの回りに回動するθ_B方向の曲げ変形モードを有す
る曲げ弾性変形部３ａと軸心Ｑの回りに回動するθ_T方
向のねじれ変形モードを有するねじれ弾性変形部３ｂと
を備え、曲げ弾性変形部３ａはその一端を片持ち状に振
動入力部４に支持されている。曲げ弾性変形部３ａの他
端には連設部５を設けてあり、スキャン部６がトーショ
ンバー状の２本のねじれ弾性変形部３ｂによって連設部
５と振動入力部４に支持されている。スキャン部６はそ
の重心が軸心Ｑから外れるように軸心Ｑに関して非対称
な形状に形成されており、ねじれ方向（θ_T方向）に慣
性モーメントを発生させるようになっている。またスキ
ャン部６には光源８からの光ビームｒを反射できるよう
に、ミラー部７が貼り合わせられている。２つの弾性変
形部３ａ、３ｂ及び振動入力部４及びスキャン部６は、
単結晶シリコンウエハを原材料としてマイクロマシニン
グ技術により微細加工することができる。それ以外にも
ニッケル、りん青銅、ベリリウム銅、ステンレス等の金
属材料の基板に微細加工を施したものでもよい。また、
ミラー部７は単結晶シリコンウエハに鏡面加工を施して
作製することもできる。この振動子１の弾性変形部３ａ
は幅広に形成されねじれ変形しにくい構造となってお
り、また、２つの弾性変形部３ｂはスキャン部６を両持
ち状に支持しており曲げ変形しにくい構造となってい
る。

【００２３】振動入力部４には駆動源２の振動面が接合
されており、この駆動源２としては超小型のアクチュエ
ータが望ましいが、一定の振幅及び周波数で振動させる
ことができるものであればよい。例えば交流電圧を印加
することによって振動させることができる積層型圧電素
子を用いることができる。あるいは、極板間の静電力に
よって極板間距離が変化するようになった静電アクチュ
エータを交流電圧で駆動するようにしたものを用いても
よい。

【００２４】しかして、駆動源２から振動入力部４に、
曲げ弾性変形部３ａの共振周波数ｆ_Bと等しい周波数の
振動を印加すると、曲げ弾性変形部３ａが曲げ変形モー
ドで共振し、それによって連設部５及びスキャン部６が
軸心Ｐの回りに回動する。したがって、光源８から出射
された光ビームｒがスキャン部６のミラー部７に投射さ
れていると、ミラー部７で反射された光ビームｒは図１
に示すようにθ_B方向に走査されることになる。また、
ねじれ弾性変形部３ｂの共振周波数ｆ_Tと等しい周波数
の振動を印加すると、ねじれ弾性変形部３ｂがねじれ変
形モードで共振し、それによってスキャン部６が軸心Ｑ
の回りに回動する。したがって、光源８から出射された
光ビームｒがスキャン部６のミラー部７に投射されてい
ると、ミラー部７で反射された光ビームｒは図１に示す
ようにθ_T方向に走査されることになる。また、振動入
力部４に曲げ弾性変形部３ａの共振周波数ｆ_Bと等しい
周波数の振動及びねじれ弾性変形部３ｂの共振周波数ｆ
_Tと等しい周波数の振動を同時に印加すれば、スキャン
部６が軸心Ｐ及び軸心Ｑの回りに同時に回動し、光源８
から出射された光ビームｒがミラー部７に照射されてい
ると、光ビームｒはスキャン部６の回動角の２倍の角度
でθ_B方向及びθ_T方向へ２次元的に走査されることにな
る。

【００２５】このような構造の光スキャナＡにあって
は、２つの弾性変形部３、つまり曲げ弾性変形部３ａと
ねじれ弾性変形部３ｂとによってスキャン部６を回動さ
せるようになっているので、曲げ弾性変形部３ａには曲
げ応力のみが、ねじれ弾性変形部３ｂには剪断応力のみ
が加わり、一つの弾性変形部３を２つの弾性変形モード
で回動させるのに比べて、弾性変形部３に加わる内部応
力を少なくすることができる。その結果、金属疲労など
による疲労破壊や落下などの衝撃破壊に強くなり、光ス
キャナＡの信頼性を向上させることができる。また、弾
性変形部３の厚さＴを薄くして高速走査も可能になり、
弾性変形部３の長さＬを短くして小型の光スキャナＡと
することができる。

【００２６】図２に示すものは、本発明の別な実施例で
ある光スキャナＢを示す正面図である。光スキャナＢの
振動子１は２本の曲げ弾性変形部３ａを備え、それぞれ
の曲げ弾性変形部３ａの一端は振動入力部４に片持ち状
に支持され、その他端は連設部５に支持されており、先
端の連設部５に近づくにしたがって幅が細くなるように
形成されている。２本の曲げ弾性変形部３ａや２本のね
じれ弾性変形部３ｂ、連設部５やスキャン部６及び振動
入力部４はシリコンウエハや金属材料などの基板から一
体として形成されている。この光スキャナＢにあって
は、２本の曲げ弾性変形部３ａによって連設部５及びス
キャン部６を支持することになるので、曲げ弾性変形部
３ａの剛性を大きくすることができ、曲げ弾性変形部３
ａの共振周波数ｆ_Bを大きくすることができる。その結
果、より速い高速走査が可能になるとともに、より高い
周波数の外乱振動による影響を防ぐことができる。ま
た、曲げ弾性変形部３ａは先端に近づくと細くなるよう
に形成されているので、曲げ変形モードの慣性モーメン
トを小さくでき、共振周波数ｆ_Bをより高くすることも
できる。さらに図２のように、２本の曲げ弾性変形部３
ａを連設部５でつなぐ構造にすることによってスキャン
部６はその周囲を囲まれるので、スキャン部６は側面か
らの衝撃から保護される。このため、不用意な接触等に
よる破損を防ぐこともでき、取り扱いが容易になり、光
センサ装置などへの組み込みが楽にできる。

【００２７】図３に示すものは、本発明のさらに別な実
施例である光スキャナＣを示す正面図である。スキャン
部６は曲げ変形モードを有する曲げ弾性変形部３ａによ
って枠状に形成された連設部５の枠内に片持ち状に支持
されており、連設部５はその上下端をねじれ変形モード
を有するねじれ弾性変形部３ｂによって枠状に形成され
た振動入力部４に支持されている。すなわちスキャン部
６は、連設部５を介して２本のねじれ弾性変形部３ｂ及
び１本の曲げ弾性変形部３ａによって振動入力部４に支
持されている。また、連設部５は軸心Ｑに対して非対称
となっており、軸心Ｑの回りに慣性モーメントを発生さ
せるように支持されている。この光スキャナＣにあって
は、図４に示すように振動入力部４は剛性の高いスペー
サ８を介して駆動源２の接合面に接合されており、スペ
ーサ８には図４に示すようにその中央部に開口９もしく
は凹部が形成され、スキャン部６がスペーサ８及び駆動
源２に接触することなく回動できるようになっている。
振動入力部４はほぼその裏面全体がスペーサ８の表面に
接合され、スペーサ８の裏面が駆動源２の接合面に接合
されている。しかして、ねじれ弾性変形部３ｂの共振周
波数ｆ_Tと等しい周波数の振動を振動入力部４に印加す
ると、連設部５及びスキャン部６は軸心Ｑの回りにθ_T
方向に回動する。また、曲げ弾性変形部３ａの共振周波
数ｆ_Bと等しい周波数の振動を振動入力部４に印加する
と、スキャン部６は軸心Ｐの回りにθ_B方向に回動す
る。したがって、共振周波数ｆ_T及びｆ_Bと等しい周波数
の振動を振動入力部４に同時に印加すると、スキャン部
６はθ_T方向及びθ_B方向へ回動し、光源８から出射され
た光ビームｒがミラー部７に照射されていると、光ビー
ムｒはスキャン部６の回動角の２倍の角度で走査される
ことになる。このようにスペーサ８を介することによっ
て、振動入力部４全体に振動を加えることができ、効率
よくスキャン部６を回動させることができる。また、駆
動源２との接合面が広くなるので安定に駆動源２と振動
入力部４とを接合することができる。もちろん、振動入
力部４の一部（例えば、下辺部分）に駆動源２の接合面
を接合することにしてもよい。

【００２８】図５に示すものは、本発明のさらに別な光
スキャナＤを示す正面図である。この光スキャナＤにあ
っては、連設部５を介して互いに垂直となるよう、異な
る方向を向いた軸心Ｑ₁、Ｑ₂の回りにねじれ変形する２
組４本のねじれ弾性変形部３ｂ₁、３ｂ₂によってスキャ
ン部６が振動入力部４に支持されている。つまり、スキ
ャン部６は、軸心Ｑ₂の回りに回動するねじれ変形モー
ドの２本のねじれ弾性変形部３ｂ₂によって、枠状をし
た連設部５にスキャン部６の上下端を支持されており、
また連設部５は、軸心Ｑ₁の回りに回動するねじれ変形
モードの２本のねじれ弾性変形部３ｂ₁によって、角枠
状をした振動入力部４に連設部５の左右を支持されてい
る。スキャン部６は軸心Ｑ₂に対して非対称となるよう
に形成されおり、また連設部５は軸心Ｑ₁に対して非対
称となるように形成され、軸心Ｑ₁の回りの慣性モーメ
ント及び軸心Ｑ₂の回りの慣性モーメントをそれぞれ発
生するようになっている。しかして、軸心Ｑ₁回りのね
じれ弾性変形部３ｂ₁の共振周波数ｆ_T1と等しい周波数
の振動を振動入力部４に印加すると、ねじれ弾性変形部
３ｂ₁が弾性変形し連設部５及びスキャン部６を軸心Ｑ₁
の回りに回動させる。また、軸心Ｑ₂回りのねじれ弾性
変形部３ｂ₂の共振周波数ｆ_T2と等しい周波数の振動を
振動入力部４に印加すると、ねじれ弾性変形部３ｂ₂が
弾性変形し、スキャン部６を軸心Ｑ₂の回りに回動させ
る。したがって、ねじれ弾性変形部３ｂ₁の共振周波数
ｆ_T1及びねじれ弾性変形部３ｂ₂の共振周波数ｆ_T2とそ
れぞれ等しい周波数の振動を同時に振動入力部４へ印加
すると、スキャン部６は軸心Ｑ₁及び軸心Ｑ₂の回りに回
動し、光源８から出射された光ビームｒがスキャン部６
のミラー部７に投射されていると、ミラー部７で反射さ
れた光ビームｒがθ_T1方向及びθ_T2方向に走査されるこ
とになる。

【００２９】このような構成とすることによっても、光
ビームｒを２次元的に走査することが可能で、小型で高
速走査が可能な光スキャナとすることができる。また、
このような構成であれば、上記各実施例の光スキャナと
異なり、ねじれ弾性変形部３ｂ₁の共振周波数ｆ_T1とね
じれ弾性変形部３ｂ₂の共振周波数が等しくなるように
作製し、駆動源２から等しい周波数の振動を弾性入力部
４に入力しておくと、駆動源２の電圧変動を生じたり振
動入力部４に印加される振動周波数が変動しても、光ビ
ームｒの走査方向がθ_T1方向とθ_T2方向とで同じように
ひずみを生じ、光ビームｒの走査方向を正方形状に保つ
ことができる。

【００３０】図６に示すものはさらに別な光スキャナＥ
の正面図である。光スキャナＥは互いに異なる方向を向
いた２本の曲げ弾性変形部３ａ₁、３ａ₂によってスキャ
ン部６を弾性入力部４に支持させたものであり、スキャ
ン部６は軸心Ｐ₁の回りに回動する曲げ弾性変形部３ａ₁
によって連設部５に支持されており、連設部５は軸心Ｐ
₂の回りに回動する曲げ弾性変形部３ａ₂によって振動入
力部４に支持されている。また、スキャン部６は曲げ弾
性変形部３ａ₁、３ａ₂の中心軸Ｌに対して対称に構成さ
れている。この光スキャナＥにあっても光スキャナＤと
同様、曲げ弾性変形部３ａ₁の共振周波数ｆ_T1と曲げ弾
性変形部３ａ₂の共振周波数ｆ_T2が等しくなるように２
つの曲げ弾性変形部３ａ₁、及び３ａ₂を作製しておく
と、光ビームの走査方向を正方形状に保つことができ
る。

【００３１】また、図７に示す光スキャナＦのように、
平面矩形状をした連設部５の側端部に軸心Ｑ₁の回りに
回動するねじれ弾性変形部３ｂ₁によってスキャン部６
を支持し、連設部５の下端部を軸心Ｑ₂の回りに回動す
るねじれ弾性変形部３ｂ₂によって弾性入力部４に支持
してもよい。さらに、図８に示す光スキャナＧのよう
に、平面矩形状をした連設部５の側端部に軸心Ｐ₂の回
りに回動する曲げ弾性変形部３ａ₂によってスキャン部
６を支持し、連設部５の下端部を軸心Ｐ₁の回りに回動
する曲げ弾性変形部３ａ₁によって弾性入力部４に支持
してもよい。このように、同じ弾性変形モードで変形す
る２本の弾性変形部３によってスキャン部６を支持し
て、光ビームγを２次元的に走査することができる。

【００３２】このように本発明の光スキャナにあって
は、各弾性変形部３に加わる応力が少なくなるので、弾
性変形部３の厚さＴを薄くすることにより共振周波数を
高くして高速走査を可能にならしめ、周波数の高い外乱
振動の影響を少なくすることができる。また、弾性変形
部３の長さＬを短くして光スキャナを小型化できる。

【００３３】図９は本発明の光センサ装置Ｈの一実施例
を示すブロック図である。この光センサ装置Ｈは上記の
ような本発明の光スキャナ１１、半導体レーザ素子等の
発光素子１２とレンズのような光学素子１３からなる光
源、フォトダイオード等の受光素子１４、発光素子１２
を駆動して光ビームｒを出射させる駆動回路１５、光ス
キャナ１１を駆動する駆動回路１６、受光素子１４から
の受光信号を電気的に処理する信号処理回路１７および
駆動回路１５，１６と信号処理回路１７を制御する制御
部１８から構成されている。この光センサ装置Ｈにあっ
ては、発光素子１２から出射された光ビームｒは光スキ
ャナ１１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１９が存在すると、物体１９
で反射した光ビームｒが受光素子１４で検知される。そ
して、光ビームｒを受光した受光素子１４から出力され
る受光信号を信号処理回路１７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１９が存在するか否
か、さらに物体１９の形状等が検出される。

【００３４】図１０に示すものは本発明の光センサ装置
Ｉの他例であって、光ビームｒの走査位置をモニターす
る光走査位置検知回路２１を備えている。例えば、光走
査位置検知回路２１は、光スキャナ１１の駆動信号及び
光スキャナ１１の走査位置を検出するエンコーダなどの
出力信号をモニターすることによって光ビームｒの走査
位置（走査方向）を検出する。あるいは、例えば光スキ
ャナ１１の弾性変形部３近傍に歪ゲージ等の歪み検出用
センサを設けてミラー部７の回転角を検知し、エンコー
ダの出力信号と歪検出用センサの出力から光ビームｒ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２１により受光素子１４が受光した瞬間
の光ビームｒの走査位置を知れば、走査領域内の物体１
９の存在している位置が分かるので、物体１９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。

【００３５】さらに図１１に示すものは本発明の光セン
サ装置Ｊの他例であって、検知したい物体１９の形状等
の情報を記憶しておく記憶部２２と信号処理回路１７に
よって得られた物体１９の検知情報と記憶部２２に記憶
された物体１９の情報とを比較判定する判定部２３とを
備えている。しかして、信号処理回路１７で信号処理及
び信号解析された結果、検知領域内に物体１９が存在し
ていることを検知すれば、判定部２３は記憶部２２に予
め記憶されていた物体１９の形状等の情報と検知された
物体１９の検知情報とを比較判断し、検知された物体１
９が検知したい物体１９か否か判断できる。

【００３６】また、本発明の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用途に用いることができる。
図１２に示すものは本発明の符号情報読み取り装置Ｋの
一実施例を示すブロック図である。もっとも、受光素子
１４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１７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。ま
た、制御部１８は符号情報入力部２４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２０の種類を
入力できるようになっている。しかして、符号情報入力
部２４から符号情報２０の種類などが入力されると、符
号情報２０に応じて光スキャナ１１の走査速度が制御部
１８により制御される。このような符号情報読み取り装
置Ｋにあっては、２次元的に光ビームｒが走査されるの
で、符号情報２０がどのような向きを向いていても、符
号情報２０に対して平行に光ビームｒを走査することが
でき、符号情報２０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。

【００３７】さらに、図１３に示すものは本発明の別な
符号情報読み取り装置Ｌの他例であって、図１０に示す
光センサ装置Ｉと同じように光ビームｒの走査位置をモ
ニターする光走査位置検知回路２１を備えている。しか
して、光走査位置検知回路２１により受光素子１４が受
光した瞬間の光ビームｒの走査位置を知れば、２次元的
に符号化されたマトリックスコードを読み取ることがで
き、好都合である。

【００３８】また、図１４に示すものは本発明の別な符
号情報読み取り装置Ｍの他例であって、符号情報読み取
り装置Ｍは、検知したい物体１９の位置、形状、寸法な
ど物体１９に関する情報と検知したいバーコードなどの
符号情報２０を記憶しておく記憶部２２と信号処理回路
１７によって得られた物体１９の検知情報とを比較判判
定する判定部２３とを備えている。しかして、信号処理
回路１７で信号処理及び信号解析された結果、検知領域
内に存在する物体１９の位置や形状、寸法などから検知
したい物体１９か否かを判定するとともに検知された符
号情報２０が検知したい符号情報２０か否かを判定し、
予め記憶部２２に記憶された符号情報２０と一致する符
号情報２０だけを読み取ることができる。

【００３９】これら本発明の光センサ装置や符号情報読
み取り装置は、非常に小型にすることができ、しかも、
共振周波数を高く設定可能なためモータの振動や移動に
伴う振動などの外乱振動からの影響を受けにくい。した
がって、工場の生産ラインやロボットなどに備え付けて
用いることができ、ＦＡ（ファクトリーオートメーショ
ン）化などの自動化、省力化に寄与しコストの削減を図
れる。例えば、図１５に示すものは、複数の生産ライン
を有する工場において一台の符号情報読み取り装置Ｎに
よって、複数の生産ライン３２上を流れる商品３５等に
付着されたバーコード等の符号情報３６を読み取る場合
について示している。例えば、複数の生産ライン３２を
跨いで設けられた走行レール３３下を、自由に行ったり
来たりできる可動体３４に本発明の光センサ装置３１が
取り付けられており、光センサ装置３１は生産ライン３
２を流れてくる商品３５に付着された符号情報３６を一
つ読み取ると、可動体３４が次の生産ライン３２上に移
動し、光センサ装置３１は再びその生産ライン３２を流
れてくる商品３５に付着された別な符号情報３６を読み
取る。また、可動体３４は別な生産ライン３２上に移動
して、光センサ装置３１は別な符号情報３６を読み取
る。こうして、一台の符号情報読み取り装置Ｎによって
複数の生産ライン３２を流れる商品３５の符号情報３６
を読み取らせることができる。

【００４０】また、図１６に示すものは、ロボット装置
のように駆動可能なアーム３７に本発明の光センサ装置
３１を備え付け、商品３５等に付着された符号情報３６
を読み取らせるようにしたものである。符号情報読み取
り装置Ｏにあっては、モータ３８の駆動軸に略クランク
状をしたアーム３７が取り付けられており、モータ３８
を駆動することによりアーム３７が回転可能になってい
る。アーム３７の先端には光センサ装置３１が備え付け
られており、モータ３８を駆動してアーム３７を商品３
５の回りに回転させて、商品３５の上面あるいは前面、
後面に付着された符号情報３６に対向させ、商品３５に
付着された符号情報３６を読み取ることができる。この
場合には、符号情報３６は商品３５の上面、前面、後面
のいずれかにあれば読み取りが可能で、符号情報３６が
付着された商品面と光センサ装置３１の光走査面とを一
致させて商品３５を配置する必要がなく、読み取り作業
を容易にすることができる。また、図１４に示すような
符号情報読み取り装置Ｍと同様な構成にすることによ
り、予め記憶部２２に検知したい商品３５の形状等の情
報や検知したい符号情報３６を記憶させておき、アーム
３７を商品３５の前面、上面、後面と順次移動させなが
ら光ビームｒを走査させ、検知したい商品３５に付着さ
れた符号情報３６だけを自動的に選んで読み取らせるこ
ともできる。

【００４１】このように可動体３４やモータ３８の駆動
により回転するアーム３７に光センサ装置３１を備えた
場合でも、光スキャナ１１の共振周波数を高くすること
によって可動体３４の振動やアーム３７の回転に伴う外
乱振動の影響を少なくでき、特にマトリックス化された
バーコードなどの２次元的な符号情報３６を正確に読み
取ることが可能になる。

【００４２】もちろん、符号情報３６だけでなく商品３
５の形状等も適格に判断させることができ、外乱振動を
発生させる環境下においても高い信頼性を得ることがで
きる。

【００４３】

【発明の効果】本発明の光スキャナにあっては、一つの
弾性変形部に加わる内部応力が小さくなるので、従来例
の光スキャナに比べて耐久性能が向上し、小型で長寿命
かつ高速走査の可能な光スキャナを提供できる。また、
本発明の光スキャナは共振型であるため、高い周波数の
外乱振動に対しても強くなり、信頼性が向上する。

【００４４】このとき、一方の弾性変形部がねじれ変形
し、残る他方の弾性変形部が曲げ変形するようにすれ
ば、より光スキャナを小型化できる。また、曲げ変形す
る弾性変形部を２本の片持ち梁から構成すれば、弾性変
形部の剛性が大きくなり、共振周波数を高くして振動に
対する使用条件をより緩和できる。さらに曲げ変形する
弾性変形部を先端にかけて細くなるように構成すれば、
より共振周波数を高められる。

【００４５】また、２つの同じ変形モードで弾性変形す
る弾性変形部で光スキャナを構成すれば、同じ共振周波
数を有する２つの弾性変形部でスキャン部を支持し共通
の共振周波数で振動させるようにすれば、加振部の電源
変動や振動周波数の変動を生じても、光走査方向が長方
形状にひずむことなく、光走査方向を正方形状に保もて
る。

【００４６】したがって、これらの光スキャナを用いた
光センサ装置や情報読み取り装置にあっては、小型で、
しかも、モータなどの外乱振動のある環境下にあっても
使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である光スキャナを示す斜視
図である。

【図２】同上の別な実施例である光スキャナを示す正面
図である。

【図３】同上のさらに別な実施例である光スキャナを示
す正面図である。

【図４】同上の光スキャナを示す分解斜視図である。

【図５】同上のさらに別な実施例である光スキャナを示
す正面図である。

【図６】同上のさらに別な実施例である光スキャナを示
す正面図である。

【図７】同上のさらに別な実施例である光スキャナを示
す正面図である。

【図８】同上のさらに別な実施例である光スキャナを示
す正面図である。

【図９】本発明の光センサ装置を示す概略構成図であ
る。

【図１０】本発明の光センサ装置の他例を示す概略構成
図である。

【図１１】本発明の光センサ装置のさらに他例を示す概
略構成図である。

【図１２】本発明の符号情報読み取り装置を示す概略構
成図である。

【図１３】本発明の符号情報読み取り装置の他例を示す
概略構成図である。

【図１４】本発明の符号情報読み取り装置のさらに他例
を示す概略構成図である。

【図１５】本発明の符号情報読み取り装置のさらに他例
を示す概略斜視図である。

【図１６】本発明の符号情報読み取り装置のさらに他例
を示す概略斜視図である。

【図１７】従来例の光スキャナを示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 振動子 ２ 駆動源 ３ａ 曲げ変形モードを有する弾性変形部 ３ｂ ねじれ変形モードを有する弾性変形部 ６ スキャン部 ７ ミラー面 １１ 光スキャナ １２ 発光素子

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ビームを反射するスキャン部と、 第１の軸の回りに前記スキャン部を回動させる第１の弾
   性変形部と、 前記第１の軸方向と交差する方向を向いた第２の軸の回
   りに前記スキャン部を回動させる第２の弾性変形部と、 前記二つの弾性変形部に振動を伝える加振部と、 前記加振部に振動を印加する加振源と、を備えたことを
   特徴とする光スキャナ。
2. 【請求項２】 前記二つの弾性変形部は、一方がねじれ
   変形し、残る一方が曲げ変形することを特徴とする請求
   項１に記載の光スキャナ。
3. 【請求項３】 前記曲げ変形する弾性変形部は２本の片
   持ち梁からなることを特徴とする請求項２に記載の光ス
   キャナ。
4. 【請求項４】 前記曲げ変形する弾性変形部は、加振部
   が設けられる一端から他端にかけて、細くなっているこ
   とを特徴とする請求項２、３に記載の光スキャナ。
5. 【請求項５】 前記二つの弾性変形部は、同じ弾性変形
   モードで変形することを特徴とする請求項１に記載の光
   スキャナ。
6. 【請求項６】 前記スキャン部の重心が、ねじれ変形す
   る前記弾性変形部の回動軸から外れるように、前記スキ
   ャン部の形状が前記回動軸に対して非対称であることを
   特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載の光スキ
   ャナ。
7. 【請求項７】 請求項１、２又は５に記載の光スキャナ
   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、前記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スキャナで走
   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。
8. 【請求項８】 請求項１、２又は５に記載の光スキャナ
   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、前記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、前記光スキャナにより走査される光
   ビームの走査位置を検知するための光走査位置検知手段
   とを備え、 前記光源から出射された光ビームを前記光スキャナによ
   り走査し、物体からの反射光を検知するとともに、前記
   光走査位置検知手段により検知した走査位置情報に基づ
   き、物体の位置、形状、寸法などの情報を検出すること
   を特徴とする光センサ装置。
9. 【請求項９】 検知対象がバーコード、多段バーコー
   ド、マトリックス化された２次元バーコードなどの符号
   情報を有する物体で、請求項７又は８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ことを特徴とす
   る符号情報読み取り装置。
10. 【請求項１０】 請求項９に記載の符号情報読み取り装
    置をロボットなどの可動体に搭載して前記符号情報を読
    み取ることを特徴とする符号情報読み取り方法。
11. 【請求項１１】 請求項１、２又は５に記載の光スキャ
    ナと、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、前記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、前記光スキャナにより走査される
    光ビームの走査位置を検知するための光走査位置検知手
    段と、予め検知したい物体の情報を記憶する記憶部と、
    検知した情報が前記記憶部に記憶してある情報と同じか
    否かを判断する判定部とを備え、 前記光源から出射された光ビームを前記光スキャナによ
    り走査し、物体からの反射光を検知するとともに、前記
    光走査位置検知手段により検知した走査位置情報に基づ
    き物体の位置、形状、寸法などの情報を検知し、予め前
    記記憶部に記憶させておいた情報とを比較して、前記検
    知された情報がバーコード、多段バーコード、マトリッ
    クス化された２次元バーコードなどの符号情報であれ
    ば、当該符号情報を読み取ることを特徴とする符号情報
    読み取り装置。