JPWO2011040492A1 - 光学的情報読取装置 - Google Patents

Abstract

ミラーの安定した回転動作が可能で、かつ、長寿命化が可能な光学的情報読取装置を提供する。光学的情報読取装置１Ａは、光を出射する発光部２と、発光部２から出射された光を反射する走査ミラー３０が設けられた可動子３と、可動子３を回転可能に支持する支持部材４と、可動子３を回転駆動するコイル５と、発光部２から出射され、可動子３が回転動作することでコード記号１０を走査した光の反射光を受光する受光部６とを備え、支持部材４は、平板形状の長手方向の両端部が可動子に固定される板バネ４０と、ベース部材１１に立設され、板バネ４０の中間部を支持する固定軸４１とを備える。

Description

本発明は、１次元コードや２次元コード等の光反射率が異なるパターンで構成される読取対象を光走査し、読取対象からの反射光を受光して光電変換した信号から情報を読み取る光学的情報読取装置に関する。

光学式情報読取装置として、商品の品名や価格等の情報を示す１次元コードである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。このようなバーコードリーダは、携帯型と定置型に大別され、携帯型のバーコードリーダでは、小型化、駆動電圧の低電圧化、高耐久性が求められる。

携帯型のバーコードリーダの中で、光ビーム走査方式と称されるバーコードリーダは、レーザダイオード等の光源によって出射されるレーザ光をビーム状にし、この光ビームを反射するミラーを回転あるいは振動させることで光ビームを偏向し、バーコードを走査する。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。この得られた電気信号を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。

このように、ミラーを回転または振動させて光を走査する機構としては、シャフトをミラーの回転軸とした構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、板バネの一方の端部を固定し、他方の端部にミラーを取り付けて、ミラーを板バネで支持する構成が提案されている。

ミラーを板バネで支持する構成としては、板バネの一方の端部を固定し、他方の端部にミラーを固定する構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、板バネの両端をベースに固定し、中央に治具で可動部であるミラーを固定する構成が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

ＷＯ０３／０１９４６３ 特許第３１９９７６７号公報 特開平５−２６６２３６号公報

シャフトを回転軸としてミラーを支持する構成では、シャフトを支持するベアリングの磨耗が生じるため、長時間の耐久性が劣る。また、シャフトと軸受けの隙間により回転動作時に音が発生する。

板バネでミラーを片持ち支持する構成では、ミラーの回転中心が光軸が通るミラーの中央と離れ、光学特性が悪い。板バネの両端を支持する構成では、ミラーの回転中心となる軸が、板バネの変形で横方向に変位し、安定的な振動が困難であった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、ミラーの安定した回転動作が可能で、かつ、長寿命化が可能な光学的情報読取装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明は、光を出射する発光部と、発光部から出射された光を反射するミラーが設けられた可動子と、可動子を回転可能に支持する支持部と、可動子を回転駆動する駆動部と、発光部から出射され、可動子が回転動作することで読取対象を走査した光の反射光を受光する受光部とを備え、支持部は、平板形状の長手方向の両端部が可動子に固定される弾性部材と、弾性部材の中間部を支持する固定軸とを備えた光学的情報読取装置である。

本発明の光学的情報読取装置では、発光部から出射されてミラーで反射される光を、可動子を回転動作させることで偏向して、光の反射率の異なるパターンで構成される読取対象を走査する。読取対象を走査した光の反射光を受光部で受光して、光電変換した信号から情報を読み取る。可動子は、固定軸を支点として弾性部材が弾性変形することで、ミラーの回転動作が行われる。

本発明の光学的情報読取装置によれば、可動子に両端部が固定された弾性部材の中間部が固定軸に支持されるので、ミラーの回転動作の軸が横方向に移動したりねじれることが抑えられ、安定的な回転動作を行うことができる。また、回転動作に伴うしゅう動部分が無く、磨耗による劣化が生じないので、耐久性を向上させて長寿命化を図ることができる。更に、しゅう動部分での異音の発生がなく、回転動作の静音化が可能である。

第１の実施の形態の光学式情報読取装置の一例を示す斜視図である。 第１の実施の形態の光学式情報読取装置の一例を示す平面図である。 第１の実施の形態の光学式情報読取装置の変形例を示す平面図である。 第１の実施の形態の光学式情報読取装置の変形例を示す平面図である。 第１の実施の形態の光学式情報読取装置の変形例を示す平面図である。 第２の実施の形態の光学的情報読取装置の一例を示す平面図である。 第３の実施の形態の光学的情報読取装置の一例を示す要部正面図である。 第３の実施の形態の光学的情報読取装置の一例を示す要部正面図である。 第３の実施の形態の光学的情報読取装置の一例を示す要部平面図である。 第３の実施の形態の光学的情報読取装置の一例を示す要部平面図である。 第３の実施の形態の光学的情報読取装置の一例を示す要部平面図である。 最大応力振幅−繰返しサイクル特性を示すグラフである。 各実施の形態の光学式情報読取装置の具体的な構成例を示す平面図である。 各実施の形態の光学式情報読取装置の具体的な構成例を示す斜視図である。 各実施の形態の光学式情報読取装置の具体的な構成例を示す分解斜視図である。 走査ミラー組立体の分解斜視図である。 本実施の形態の光学的情報読取装置における第１の光軸調整例を示す動作説明図である。 本実施の形態の光学的情報読取装置における第２の光軸調整例を示す動作説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の光学的情報読取装置の実施の形態について説明する。

＜第１の実施の形態の光学的情報読取装置の構成例＞
図１は、第１の実施の形態の光学式情報読取装置の一例を示す斜視図、図２は、第１の実施の形態の光学式情報読取装置の一例を示す平面図である。

第１の実施の形態の光学的情報読取装置１Ａは、発光部２から出射された光を反射する走査ミラー３０を備えた可動子３が、例えば板状の弾性部材としての板バネ４０を備えた支持部材４で支持される。

光学的情報読取装置１Ａは、コイル５を駆動することで、可動子３が所定の角度内で振動する回転動作を行う。光学的情報読取装置１Ａは、発光部２から出射されて走査ミラー３０で反射される光を、走査ミラー３０を回転動作させることで偏向して、横方向に情報を持つバーコードと称される１次元コードや、横方向と縦方向に情報を持つ２次元コード等、光の反射率の異なるパターンで構成されるコード記号１０を走査する。

また、光学的情報読取装置１Ａは、コード記号１０を走査した光の反射光を受光部６で受光して、光電変換した信号から情報を読み取る。

発光部２は、半導体レーザ（ＬＤ）等で構成される光源２０と、光源２０から所定の放射角で放射された光を集光するレンズ２１と、レンズ２１で集光された光を絞るアパーチャ２２を備え、光源２０から放射された光を集光または平行光化したビーム光を出射する。

受光部６は、コード記号１０を走査した光の反射光で、走査ミラー３０で反射した光を反射するミラー６０と、ミラー６０で反射した光を受光し、光電変換して出力するフォトダイオード（ＰＤ）６１を備える。

可動子３は、上述した走査ミラー３０と、走査ミラー３０の裏面に取り付けられたフレーム３１と、フレーム３１に取り付けられた永久磁石３２を備える。走査ミラー３０は平板状で、表面が反射面となる。フレーム３１は、例えば円弧形状の部材で構成され、両端部が走査ミラー３０の裏面に固定される。フレーム３１の外周側は、凸状の曲面で構成されると共に、フレーム３１の内周側は、走査ミラー３０の裏面との間に空間が形成される。永久磁石３２は、フレーム３１の外周側に取り付けられる。

支持部材４は、上述した板バネ４０と、板バネ４０を支持する固定軸４１を備える。板バネ４０は、例えばステンレス等の鉄鋼材料で構成される板状で長方形の弾性部材で、走査ミラー３０の裏面とフレーム３１の内周側との間の空間に配置される。板バネ４０は、長手方向の両端部が同じ方向に曲げられることで、走査ミラー３０に対して凸となる円弧形状に弾性変形させた状態で、長手方向の両端部が走査ミラー３０の裏面側でフレーム３１の両端部に固定される。

固定軸４１は、発光部２、コイル５及び受光部６等が実装されるベース部材１１に下端側が固定されて立設される。板バネ４０は、可動子３に固定された両端部の間の中間部が、固定軸４１の上端側に固定される。可動子３は、走査ミラー３０の長手方向の中心線上に固定軸４１が配置され、発光部２から出射された光の光軸が、走査ミラー３０の中心付近を通るように構成される。

これにより、可動子３は、板バネ４０に応力が掛かった状態で、走査ミラー３０を所定の向きとして静止状態を保つことが可能である。また、可動子３は、固定軸４１を支点として板バネ４０が弾性変形することで、走査ミラー３０の回転動作が可能となる。走査ミラー３０の回転動作の中心となる軸は、走査ミラー３０の中心線上で固定軸４１より若干後方の位置となる。ここで、可動子３が回転動作をするときに、板バネ４０に掛かる応力が「０」とならないように、可動子３の回転角度、板バネ４０の形状等が設定されている。

コイル５は、可動子３の永久磁石３２と対向してベース部材１１に実装され、コイル５と永久磁石３２で駆動部が構成される。コイル５が駆動されて電流が流れると、対向配置される永久磁石３２の磁束の作用で、板バネ４０の長手方向に沿った横方向の推力が発生する。永久磁石３２に発生する推力は、フレーム３１を通して板バネ４０に伝達される。これにより、固定軸４１を支点として板バネ４０が弾性変形して曲がり、走査ミラー３０が回転動作を行う。

コイル５に流れる電流の向きが切り替えられることで、永久磁石３２に発生する推力の向きが切り替えられ、永久磁石３２に発生する推力と、板バネ４０の復元力により、走査ミラー３０が所定の角度内で振動する回転動作を行う。なお、コイル５に鉄芯のヨークを入れても良く、ヨークを入れることで、推力を大きくすることができる。

＜第１の実施の形態の光学的情報読取装置の作用効果例＞
光学的情報読取装置１Ａは、走査ミラー３０の回転中心となる軸は、板バネ４０の変形による仮想的な支点となるので、シャフトと軸受けのようにしゅう動部分が存在せず、磨耗による劣化が生じないので、耐久性を向上させて長寿命化を図ることができる。また、シャフトと軸受けの隙間による異音の発生がなく、回転動作の静音化が可能である。

光学的情報読取装置１Ａは、ベース部材１１に固定された固定軸４１に、可動子３に両端部が固定された板バネ４０の中間部が支持されるので、走査ミラー３０の回転動作の軸が横方向に移動したりねじれることが抑えられ、より安定的な回転動作を行うことができる。

板バネ４０は、円弧形状の両端部が可動子３側に固定され、中間部が固定軸４１に支持されて、応力が掛かっているので、短手方向に沿った縦方向のねじれに対する剛性が高く、回転動作以外の方向への走査ミラー３０の傾きを抑えることができる。

また、板バネ４０は、可動子３に固定される部位と固定軸４１に固定される部位との間が曲線で構成されるので、走査ミラー３０が回転動作する際に、長手方向の寸法の変化を吸収でき、走査ミラー３０の回転角度の制限を緩和できる。

光学的情報読取装置１Ａは、可動子３が回転動作をするときに、板バネ４０に掛かる応力が「０」とならず、一定の範囲内で同じ向きの応力が掛かるように構成されている。可動子が静止状態にあるとき、板バネに掛かる応力が「０」となる構成では、走査ミラーが所定の角度内で振動する回転動作を行うと、板バネに掛かる応力の向きが反転を繰り返す。このように、板バネに掛かる応力の向きが反転を繰り返す回転動作と比較すると、板バネ４０に一定の範囲内で同じ向きの応力が掛かる構成の方が、材料疲労の進行を遅延させることができ、長寿命化を図ることができる。

ここで、フレーム３１の形状は円弧形状に限るものではなく、例えば四角形状でもよいが、外周面を凸状の円弧形状とすることで、可動子３が回転動作を行うときの軌跡を小さくでき、小型化が可能となる。なお、フレーム３１の重さを変えることで、共振周波数の微調整ができる。また、フレーム３１の材料として、樹脂またはプラスチックを使用すれば，例えば、フレーム３１を成形する金型に板バネ４０をセットして樹脂を充填する工程で、フレーム３１と板ばね４０の一体成形ができるために、加工精度が高く、組立が簡素化になり、低コスト生産ができる。

更に、板バネ４０と固定軸４１を固定する工程を、板バネ４０と固定軸４１を金型にセットし、接合部分に樹脂を充填するインサート成形で行うこととすれば、板ばね４０と固定軸４１の一体成形ができるために、加工精度が高く、組立が簡素化になり、低コスト生産ができる。

＜第１の実施の形態の光学的情報読取装置の変形例＞
図３〜図５は、第１の実施の形態の光学的情報読取装置の変形例を示す平面図である。図１及び図２に示す例では、板バネ４０は、走査ミラー３０に対して凸となる円弧形状に弾性変形させた状態で、長手方向の両端部がフレーム３１の両端部に固定される構成としたが、図３に示すように、板バネ４０を走査ミラー３０に対して凹となる円弧形状に弾性変形させた状態で、長手方向の両端部がフレーム３１に固定される構成としても良い。

また、図４に示すように、板バネ４０は、固定軸４１を挟んで一方の側を走査ミラー３０に対して凸となる円弧形状、他方の側を走査ミラー３０に対して凹となる円弧形状に弾性変形させた状態で、長手方向の両端部がフレーム３１に固定される構成としても良い。また、固定軸４１に固定される中間部とフレーム３１に固定される先端部の間を凹凸形状としても良いい。

更に、図５に示すように、板バネ４０は、固定軸４１を頂点とした三角形状とし、フレーム３１に固定される部位と固定軸４１に固定される部位との間を直線で構成しても良い。なお、固定軸４１を挟んで板バネ４０を１直線の形状としても良いが、縦方向のねじれに対する剛性が低下する。また、走査ミラー３０が回転動作する際に、長手方向の寸法の変化を吸収できないので、走査ミラー３０の回転角度が制限される。

＜第２の実施の形態の光学的情報読取装置の構成例＞
図６は、第２の実施の形態の光学的情報読取装置の一例を示す平面図である。第２の実施の形態の光学的情報読取装置１Ｂは、可動子３を支持する板バネ４０の構成は、例えば、図１及び図２で説明した構成と同じである。

第２の実施の形態の光学的情報読取装置１Ｂでは、板バネ４０を支持する固定軸４１が磁性体材料で構成され、固定軸４１に対向して、フレーム３１の内周側に永久磁石３２が取り付けられる。空芯のコイル５ａとコイル５ｂは、フレーム３１の内周側で永久磁石３２と固定軸４１の間に配置される。これにより、永久磁石３２と、コイル５ａ，５ｂと、磁性体の固定軸４１により、閉じた磁束回路が構成される。

＜第２の実施の形態の光学的情報読取装置の作用効果例＞
第２の実施の形態の光学的情報読取装置１Ｂでは、コイル５ａとコイル５ｂのどちらか一方を駆動することでも、走査ミラー３０が所定の角度内で振動する回転動作を行うことができるが、２つのコイル５ａ，コイル５ｂにより、対称的な駆動ができる。また、固定軸４１を磁性体にすることで、コイル５ａ，コイル５ｂに作用する永久磁石３２の磁束を強めることができる。更に、コイル５ａ，コイル５ｂがフレーム３１の内側に配置されることで、より小型化が可能となる。

＜第３の実施の形態の光学的情報読取装置の構成例＞
図７〜図８は、第３の実施の形態の光学的情報読取装置の一例を示す要部正面図、図９〜図１１は、第３の実施の形態の光学的情報読取装置の一例を示す要部平面図である。第１及び第２の実施の形態の光学的情報読取装置では、固定軸４１を支点として板バネ４０が弾性変形して曲がり、走査ミラー３０が回転動作を行う。これにより、板バネ４０の内部応力が、固定軸４１側の固定端に集中し、板バネ４０が繰り返し振動すると、材料疲労が発生する。

第３の実施の形態の光学的情報読取装置１Ｃは、図７〜図８に示す例では、板バネ４０の形状で応力を低減する構成を実現する。すなわち、図７に示す例では、板バネ４０は、固定軸４１に固定される中間部４０ａの左右両側を台形とする。すなわち、板バネ４０は、固定軸４１に固定される部分が応力集中しやすいため、中間部４０ａは短手方向の幅を広くし、図１等に示すフレーム３１に固定される先端部４０ｂは応力集中しにくいため、幅を狭くする。この応力低減構造によって、応力が板ばね４０の全体に均等に分布され、応力の集中を低減できる。

図８に示す例では、板バネ４０は、固定軸４１に固定される中間部４０ａをフレーム３１に固定される先端部４０ｂより幅を広くすると共に、中間部４０ａと先端部４０ｂの間の辺部を直線ではなく曲線４０ｃで構成したものである。この応力低減構造によって、曲線４０ｃの形状及び曲率を変更することで、応力が最小となる最適化設計が容易に行える。

図９〜図１１に示す例では、板バネ４０と固定軸４１を、弾性支持部材を介在させて固定することで、応力を低減する構成を実現する。すなわち、図９に示す例では、円弧形状の板バネ４０の例えば内周側に固定軸４１が配置されると共に、板バネ４０と固定軸４１の間にゴム、あるいはゴム状の接着剤等で構成される弾性支持部材４３を介在させている。これにより、図１等に示す走査ミラー３０が回転動作をする際に、固定軸４１を支点として板バネ４０が弾性変形して曲がるときの応力が弾性支持部材４３に吸収され、板バネ４０の固定軸４１側の固定端に発生する応力の集中が低減できる。

図１０に示す例では、固定軸４１に板バネ４０の板厚より所定量広い幅の溝部４１ａが形成され、ゴム、あるいはゴム状の接着剤等で構成される弾性支持部材４３で中間部が被覆された板バネ４０が溝部４１ａに挿入される。これにより、板バネ４０と固定軸４１の間に弾性支持部材４３が介在し、走査ミラー３０が回転動作をする際に、固定軸４１を支点として板バネ４０が弾性変形して曲がるときの応力が弾性支持部材４３に吸収され、板バネ４０の固定軸４１側の固定端に発生する応力の集中が低減できる。

図１１に示す例では、固定軸４１に板バネ４０の板厚より若干広い幅の溝部４１ｂが形成され、板バネ４０の中間部が溝部４１ｂに挿入されて固定される。固定軸４１の外周面に近い部分の溝部４１ｂには、板バネ４０の板厚より所定量広い充填空間４１ｃが形成され、充填空間４１ｃにゴム、あるいはゴム状の接着剤等で構成される弾性支持部材４３が充填される。これにより、板バネ４０と固定軸４１の間で応力が集中しやすい固定軸４１の外周面に近い部分に弾性支持部材４３が介在し、走査ミラー３０が回転動作をする際に、固定軸４１を支点として板バネ４０が弾性変形して曲がるときの応力が弾性支持部材４３に吸収され、板バネ４０の固定軸４１側の固定端に発生する応力の集中が低減できる。

＜板バネの材質と疲労限界の関係＞
次に、板バネ４０の材質と、疲労限界の関係について説明する。板バネ４０の材質は、金属、繊維、高分子化学材等弾性のあるものであれば良い。

図１２は、代表的な鉄鋼材料の炭素鋼Ｓ４５Ｃと、非鉄材料のアルミ合金Ａ−５０８３−Ｏの疲労特性を表す最大応力振幅−繰返しサイクル特性を示すグラフである。アルミニウム合金、黄銅、プラスチック等の材質の疲労特性は、曲線９１に類似しているように、振動の繰返し回数を多くするほど破断最大応力は低下し、疲労限度が存在しないため、極めて多い繰返し数において疲労で破壊することは避けられない。

本実施の形態の光学的情報読取装置に適用した板バネ４０は、走査ミラー３０が所定の角度内で振動する回転動作を行うことで、固定軸４１を支点として繰返し応力が掛かる。このため、板バネ４０を、アルミニウム合金、黄銅、プラスチック等の材質で構成すると、極めて多い繰返し数において疲労で破壊するおそれがある。

一方、鉄鋼材及びチタンなどの疲労特性は、曲線９０に類似しているように、繰返し数が１０⁷（１千万）回付近からは水平の直線となっている。このことは、繰返し数がいくら多くなっても、疲労を起こす応力は変わらないことを表している。この水平の直線応力９２は，材料が無限回数の繰返しに耐える応力の上限値の疲労限度という。疲労限度未満の繰返し応力であれば、無限に加えても疲労しない特性がある。

そこで、第１の実施の形態の光学的情報読取装置１Ａで、板バネ４０を鉄鋼材料で構成し、図９で説明した応力低減構造を適用したところ、１０⁸ 回以上の繰返し振動を加えても、板バネ４０が破壊しないことがわかった。

本発明の光学的情報読取装置では、この疲労限界特性を利用し、板バネ４０に疲労限界のある材質を使用する。板バネ４０の疲労限界特性と、図７〜図１１で説明した応力低減構造を併用して、最大応力を疲労限界応力より低く設計することで、実使用時間に対して永久的な長寿命振動ができる。

＜各実施の形態の光学的情報読取装置の具体例＞
図１３は、各実施の形態の光学式情報読取装置の具体的な構成例を示す平面図、図１４は、各実施の形態の光学式情報読取装置の具体的な構成例を示す斜視図、図１５は、各実施の形態の光学式情報読取装置の具体的な構成例を示す分解斜視図である。また、図１６は、走査ミラー組立体の分解斜視図である。

本実施の形態の光学的情報読取装置１Ｄは、半導体レーザ（ＬＤ）等で構成される光源２０Ｄと、光源２０Ｄから所定の放射角で出射された光を集光する集光レンズ２１Ｄと、光源２０Ｄから出射され集光レンズ２１Ｄで集光または平行光化されたビーム光を反射して光路を変えるミラー２３Ｄを備える。

また、光学的情報読取装置１Ｄは、光源２０Ｄから出射された光を走査する走査ミラー３０Ｄを備えた可動子３Ｄと、板バネ４０Ｄで可動子３Ｄを支持する支持部材４Ｄと、可動子３Ｄを板バネ４０Ｄで形成される軸を支点とした回転動作により所定の角度内で振動させるコイル組立体５Ｄを備える。

更に、光学的情報読取装置１Ｄは、走査ミラー３０Ｄで走査された光の反射光を結像する受光レンズ６０Ｄと、受光レンズ６０Ｄで結像された光を光電変換して出力するフォトダイオード（ＰＤ）６１Ｄを備える。

光学的情報読取装置１Ｄは、例えば直方体形状を有した筐体７Ｄに光学機構取付部７０Ｄと走査機構取付部７１Ｄを備える。光学機構取付部７０Ｄは、筐体７Ｄの一の側部に所定の形状の開口部を設けてＬＤ取付部７２Ｄが形成され、ＬＤ取付部７２Ｄに集光レンズ２１Ｄと光源２０Ｄが取り付けられる。

また、光学機構取付部７０Ｄは、筐体７Ｄの上面の一部に所定の形状の開口を設けてＰＤ取付部７３Ｄが形成され、ＰＤ取付部７３Ｄにフォトダイオード６１Ｄが取り付けられる。更に、光学機構取付部７０Ｄは、筐体７Ｄの上面の一部にＰＤ取付部７３Ｄと繋がる所定の形状の開口を設けて光学部品取付部７４Ｄが形成され、光学部品取付部７４Ｄにミラー２３Ｄと受光レンズ６０Ｄが取り付けられる。

光学機構取付部７０Ｄは、ＬＤ取付部７２Ｄと光学部品取付部７４Ｄの間に、光源２０Ｄから出射された光が通る光路形成開口部７５Ｄが形成され、光源２０Ｄから出射された光が、光学部品取付部７４Ｄに取り付けられたミラー２３Ｄに入射可能に構成される。

光学的情報読取装置１Ｄは、筐体７Ｄに光源２０Ｄとフォトダイオード６１Ｄが取り付けられると、光源２０Ｄから出射される光とフォトダイオード６１Ｄに入射する光の光路が交差する向き、例えば、直交する向きとなるように、ＬＤ取付部７２ＤとＰＤ取付部７３Ｄが構成される。

光学的情報読取装置１Ｄは、光源２０Ｄから出射された光の光路中で、走査ミラー３０Ｄで反射した光の光路の外側にミラー２３Ｄが設けられ、光源２０Ｄから出射された光はミラー２３Ｄで反射して走査ミラー３０Ｄに入射されると共に、走査ミラー３０Ｄで反射した光はミラー２３Ｄに入射せずに直進してフォトダイオード６１Ｄに入射される。

ミラー２３Ｄは、反射面が平面状のミラー、または円筒形状となるシリンドリカルミラーで構成される。また、ミラー２３Ｄは、光学部品取付部７４Ｄに設けた取付穴部７６Ｄに挿入される軸部２３Ｅを備える。ミラー２３Ｄは、軸部２３Ｅを取付穴部７６Ｄに挿入して光学部品取付部７４Ｄに取り付けられ、軸部２３Ｅを支点に回転させることで、反射面に向きを調整可能に構成される。

受光レンズ６０Ｄは、光源２０Ｄから出射され、ミラー２３Ｄで反射された光の光路に合わせて光路形成開口部６２Ｄが形成され、光源２０Ｄから出射した光は光路形成開口部６２Ｄを通り受光レンズ６０Ｄを透過せずに走査ミラー３０Ｄに入射し、走査ミラー３０Ｄで反射した光は受光レンズ６０Ｄを透過してフォトダイオード６１Ｄに入射するように構成される。

走査機構取付部７１Ｄは、筐体７Ｄの上面の一部に光学部品取付部７４Ｄと繋がる所定の形状の開口を設けて形成され、板バネ４０Ｄで可動子３Ｄが支持された支持部材４Ｄが取り付けられる。

また、走査機構取付部７１Ｄは、筐体７Ｄの上面の一部に所定の形状の開口を設けてコイル取付部７７Ｄが形成され、コイル取付部７７Ｄにコイル組立体５Ｄが取り付けられる。

可動子３Ｄは、図１６に示すように、走査ミラー３０Ｄが設けられるフレーム３１Ｄと、フレーム３１Ｄに取り付けられる永久磁石３２Ｄを備える。可動子３Ｄは、フレーム３１Ｄの前面に走査ミラー３０Ｄが設けられ、フレーム３１Ｄの裏面にバネ取付部３３Ｄが形成される。バネ取付部３３Ｄは、走査ミラー３０Ｄの長手方向に沿ったフレーム３１Ｄの両端に本例ではそれぞれ２本の突起を設けて構成される。また、可動子３Ｄは、フレーム３１Ｄの裏面にミラー取付空間３４Ｄが形成され、ミラー取付空間３４Ｄの裏面のフレーム３１Ｄに永久磁石３２Ｄが取り付けられる。

支持部材４Ｄは、板バネ４０Ｄを支持する固定軸４１Ｄと、固定軸４１Ｄを走査機構取付部７１Ｄに取り付ける支持部４２Ｄを備える。支持部材４Ｄは、支持部４２Ｄに固定軸４１Ｄが立設する形態で設けられ、固定軸４１Ｄにバネ取付部４３Ｄが形成される。バネ取付部４３Ｄは、本例では２本の突起を設けて構成される。

板バネ４０Ｄは、例えばステンレス等の鉄鋼材料で構成される板状の弾性部材で、長手方向の中間部を幅広形状として軸取付部４４Ｄが形成されると共に、長手方向の両端部を幅広形状としてミラー取付部４５Ｄが形成される。軸取付部４４Ｄは、バネ取付部４３Ｄの構成に合わせて２本の突起が嵌る貫通穴を設けて構成される。同様に、ミラー取付部４５Ｄは、バネ取付部３３Ｄの構成に合わせて２本の突起が嵌る貫通穴を設けて構成される。

板バネ４０Ｄは、貫通穴で構成される軸取付部４４Ｄを、固定軸４１Ｄの突起で構成されるバネ取付部４３Ｄに嵌め、バネ取付部４３Ｄをかしめることで、長手方向の中間部が支持部材４Ｄの固定軸４１Ｄに支持される。

また、板バネ４０Ｄは、長手方向の両端部を同じ方向に曲げて、走査ミラー３０Ｄに対して凸となる形状に弾性変形させた状態で、貫通穴で構成されるミラー取付部４５Ｄを、フレーム３１Ｄの突起で構成されるバネ取付部３３Ｄに嵌め、バネ取付部３３Ｄをかしめることで、初期応力が掛かる状態に曲げられて、長手方向の両端部が可動子３Ｄに固定される。

これにより、走査ミラー３０Ｄの裏面と永久磁石３２Ｄの間のミラー取付空間３４Ｄに板バネ４０Ｄが配置され、可動子３Ｄと支持部材４Ｄが一体とされた走査ミラー組立体３６Ｄが構成される。

可動子３Ｄは、走査ミラー３０Ｄの長手方向の中心線上に固定軸４１Ｄが配置され、板バネ４０Ｄに応力が掛かった状態で、走査ミラー３０Ｄを所定の向きとして静止状態を保つことが可能である。また、可動子３Ｄは、固定軸４１Ｄを支点として板バネ４０Ｄが弾性変形することで、走査ミラー３０Ｄの回転動作が可能となる。走査ミラー３０Ｄの回転動作の中心となる軸は、走査ミラー３０Ｄの中心線上の位置となる。ここで、可動子３Ｄが回転動作をするときに、板バネ４０Ｄに掛かる応力が「０」とならないように、可動子３Ｄの回転角度、板バネ４０Ｄの形状等が設定されている。

コイル組立体５Ｄは、コイル５０Ｄと、コイルに挿入されるヨーク５１Ｄを備える。ヨーク５１Ｄは、例えば軟鉄で構成され、コイル５０Ｄに長手方向に沿った取付位置が調整可能に挿入されて、長手方向の両端がコイル５０Ｄの両端から突出する。

コイル取付部７７Ｄは、コイル５０Ｄの両端から突出したヨーク５１Ｄが嵌る溝部を設けて構成される。コイル組立体５Ｄは、コイル５０Ｄ及びヨーク５１Ｄの長手方向が、走査機構取付部７１Ｄに実装された走査ミラー組立体３６Ｄの固定軸４１Ｄと直交し、走査ミラー３０Ｄの長手方向に沿った向きで、可動子３Ｄの永久磁石３２Ｄと対向してコイル取付部７７Ｄに実装されて、コイル組立体５Ｄと永久磁石３２Ｄで駆動部が構成される。

コイル取付部７７Ｄは、ヨーク５１Ｄの取付位置が、ヨーク５１Ｄの長手方向に沿って調整可能となり、また、ヨーク５１Ｄの長手方向に交差する走査ミラー組立体３６Ｄの固定軸４１Ｄに沿って調整可能となるように、ヨーク５１Ｄが嵌る溝部の形状及びコイル取付部７７Ｄの空間の形状等が構成される。

光学的情報読取装置１Ｄは、筐体７Ｄの上面に光学機構取付部７０Ｄと走査機構取付部７１Ｄの開口部を塞ぐ基板７８Ｄがネジ７９Ｄにより固定される。基板７８Ｄには、例えば、可動子３Ｄの駆動及び信号処理を行うＬＳＩ８０Ｄと、外部機器に接続されるコネクタ等のインタフェース８１Ｄが実装される。

＜本実施の形態の光学的情報読取装置の光軸調整動作例＞
図１７は、本実施の形態の光学的情報読取装置における第１の光軸調整例を示す動作説明図である。光学的情報読取装置１Ｄは、上述したように、コイル取付部７７Ｄにより、ヨーク５１Ｄの長手方向に沿った方向とヨーク５１Ｄの長手方向に交差する走査ミラー組立体３６Ｄの固定軸４１Ｄに沿った方向に、ヨーク５１Ｄの取付位置が調整可能となっている。ヨーク５１Ｄの取付位置を調整することで、ヨーク５１Ｄと永久磁石３２Ｄとの間の吸引力により、光軸の調整が可能となっている。

図１７に示すように、ヨーク５１Ｄの長手方向に沿った走査ミラー３０Ｄの長手方向をＸ軸、ヨーク５１Ｄの長手方向に交差する走査ミラー３０Ｄの短手方向をＹ軸、ヨーク５１Ｄの長手方向に交差する走査ミラー３０Ｄの面に直交する方向をＺ軸とする。

Ｘ軸に沿った矢印Ｘ１またはＸ２方向にヨーク５１Ｄの取付位置を移動させると、走査方向と平行な方向に沿って矢印Ｘ３で示す走査ミラー３０Ｄの回転方向の向きを調整することが可能であり、走査方向と平行な方向における光の出射方向が調整可能である。

また、Ｙ軸方向に沿った矢印Ｙ１またはＹ２方向にヨーク５１Ｄの取付位置を移動させると、走査方向と垂直な方向に沿って矢印Ｙ３で示す走査ミラー３０Ｄの傾きを調整することが可能であり、走査方向と垂直な方向における光の出射方向が調整可能である。

このように、ヨーク５１Ｄの取付位置を調整可能としたコイル取付部７７Ｄを備えることで、ヨーク５１Ｄの取付位置で、走査方向に平行な方向と垂直な方向に沿って走査ミラー３０Ｄの姿勢を調整することが可能であり、光軸調整のための他の部品が不要となって、製品コストを安価にできると共に、装置の小型化を図ることができる。

図１８は、本実施の形態の光学的情報読取装置における第２の光軸調整例を示す動作説明図である。光学的情報読取装置１Ｄは、上述したように、光学部品取付部７４Ｄに設けた取付穴部７６Ｄにミラー２３Ｄに設けた軸部２３Ｅが挿入され、ミラー２３Ｄを、軸部２３Ｅを支点に回転させることで、反射面に向きが調整可能になっている。

これにより、図１８に示すように、筐体７ＤのＬＤ取付部７２Ｄに光源２０Ｄと集光レンズ２１Ｄを取り付けると共に、光学部品取付部７４Ｄにミラー２３Ｄを取り付けた筐体７Ｄを図示しない測定機器に設置し、光源２０Ｄから出射され、ミラー２３Ｄで反射された光を測定機器の受光部８２Ｄに入射させる。

そして、光源２０Ｄから出射され、ミラー２３Ｄで反射された光のスポットが、受光部８２Ｄで所定の範囲に入るように、ミラー２３Ｄを、軸部２３Ｅを支点に回転させて、所望の位置で固定する。これにより、走査ミラー３０Ｄに入射する光の光軸が容易に調整可能となる。

＜本実施の形態の光学的情報読取装置の作用効果例＞
光学的情報読取装置１Ｄは、コイル５０Ｄが駆動されて電流が流れると、対向配置される永久磁石３２Ｄの磁束の作用で、板バネ４０Ｄの長手方向に沿った横方向の推力が発生する。永久磁石３２Ｄに発生する推力は、フレーム３１Ｄを通して板バネ４０Ｄに伝達される。これにより、固定軸４１Ｄを支点として板バネ４０Ｄが弾性変形して曲がり、走査ミラー３０Ｄが回転動作を行う。

コイル５０Ｄに流れる電流の向きが切り替えられることで、永久磁石３２Ｄに発生する推力の向きが切り替えられ、永久磁石３２Ｄに発生する推力と、板バネ４０Ｄの復元力により、走査ミラー３０Ｄが所定の角度内で振動する回転動作を行う。

光学的情報読取装置１Ｄは、光源２０Ｄから出射されミラー２３Ｄで反射されて走査ミラー３０Ｄに入射した光を、走査ミラー３０Ｄを回転動作させることで偏向して、１次元コードや２次元コード等、光の反射率の異なるパターンで構成されるコード記号を走査する。また、光学的情報読取装置１Ｄは、コード記号を走査した光の反射光が走査ミラー３０Ｄに入射し、走査ミラー３０Ｄで反射した光が受光レンズ６０Ｄを透過してフォトダイオード６１Ｄに結像され、光電変換した信号が出力されて情報が読み取られる。

光学的情報読取装置１Ｄでは、上述した各実施の形態と同様の効果を有し、走査ミラー３０Ｄの回転中心となる軸は、板バネ４０Ｄの変形による仮想的な支点となるので、シャフトと軸受けのようにしゅう動部分が存在せず、磨耗による劣化が生じないので、耐久性を向上させて長寿命化を図ることができる。また、シャフトと軸受けの隙間による異音の発生がなく、回転動作の静音化が可能である。

光学的情報読取装置１Ｄは、筐体７Ｄの走査機構取付部７１Ｄに固定された支持部材４Ｄの固定軸４１Ｄに、可動子３Ｄに両端部が固定された板バネ４０Ｄの中間部が支持されるので、走査ミラー３０Ｄの回転動作の軸が横方向に移動したりねじれることが抑えられ、より安定的な回転動作を行うことができる。

板バネ４０Ｄは、長手方向の両端部が同じ方向に曲げられて可動子３側に固定され、中間部が固定軸４１Ｄに支持されて、応力を掛けた状態で支持されるので、短手方向に沿った縦方向のねじれに対する剛性が高く、回転動作以外の方向への走査ミラー３０Ｄの傾きを抑えることができる。

光学的情報読取装置１Ｄでも、可動子３Ｄが回転動作をするときに、板バネ４０Ｄに掛かる応力が「０」とならず、一定の範囲内で同じ向きの応力が掛かるように構成されている。これにより、板バネに掛かる応力の向きが反転を繰り返す回転動作と比較すると、材料疲労の進行を遅延させることができ、長寿命化を図ることができる。

本発明による光学的情報読取装置は、バーコードリーダや二次元コードリーダ等に利用することができ、装置の静音化及び長寿命化を実現できる。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ・・・光学的情報読取装置、２・・・発光部、３，３Ｄ・・・可動子、４・・・支持部材、５・・・コイル、５Ｄ・・・コイル組立体、６・・・受光部材、７Ｄ・・・筐体、２０，２０Ｄ・・・光源、３０，３０Ｄ・・・走査ミラー、３１，３１Ｄ・・・フレーム、３２，３２Ｄ・・・永久磁石、４０，４０Ｄ・・・板バネ、４１，４１Ｄ・・・固定軸、５０Ｄ・・・コイル、５１Ｄ・・・ヨーク、６０Ｄ・・・フォトダイオード、７０Ｄ・・・光学機構取付部、７１Ｄ・・・走査機構取付部、７２Ｄ・・・ＬＤ取付部、７３Ｄ・・・ＰＤ取付部、７４Ｄ・・・光学部品取付部、７７Ｄ・・・コイル取付部

Claims (7)

1. 光を出射する発光部と、
   前記発光部から出射された光を反射するミラーが設けられた可動子と、
   前記可動子を回転可能に支持する支持部と、
   前記可動子を回転駆動する駆動部と、
   前記発光部から出射され、前記可動子が回転動作することで読取対象を走査した光の反射光を受光する受光部とを備え、
   前記支持部は、平板形状の長手方向の両端部が前記可動子に固定される弾性部材と、
   前記弾性部材の中間部を支持する固定軸とを備えた
   ことを特徴とする光学的情報読取装置。
2. 前記弾性部材は、応力が掛かる状態に曲げられて、両端部が前記可動子に固定される
   ことを特徴とする請求項１記載の光学的情報読取装置。
3. 前記弾性部材は、前記固定軸に固定される中間部を前記可動子に固定される先端部より短手方向の幅を広くして、応力低減構造を備えた
   ことを特徴とする請求項１または２記載の光学的情報読取装置。
4. 前記弾性部材は、前記固定軸に固定される中間部と前記可動子に固定される先端部の間の辺部を曲線で構成した
   ことを特徴とする請求項３記載の光学的情報読取装置。
5. 前記弾性部材は、前記固定軸に固定される中間部を、弾性支持部材を介して前記固定軸に支持する応力低減構造を備えた
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の光学的情報読取装置。
6. 前記弾性部材は、振動の繰返し回数によらず最大応力が変化しない疲労限界のある材質で構成される
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の光学的情報読取装置。
7. 前記可動子は、前記ミラーの裏面に固定され、前記弾性部材の両端が固定されるフレームを備え、
   前記駆動部は、前記固定軸に対向して前記フレームの内周側に固定される永久磁石と、前記永久磁石と前記固定軸の間に配置されるコイルを備え、
   前記固定軸を磁性体で構成して、閉じた磁束回路を構成する
   ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の光学的情報読取装置。

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