(57)【要約】【課題】走査ミラーを揺動させて走査光を出射する光走査装置は、走査ミラーが所定範囲を越えて揺動しないように制御するセンサや調整機構を搭載すると、コストが上昇し製品を小型化することが難しくなっている。【解決手段】走査ミラーの中央に配置された出射ミラー面の走査方向における両側に反射散乱面を設けて、揺動時に反射散乱面からの反射光を受光して、走査ミラーが所定範囲を越えて揺動しないように制御する光走査装置である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発光する光源部と、
前記光源部から発せられた前記レーザ光を反射し、走査対象に向けて出射する第１の反射面を有する出射ミラー部と、
前記出射ミラー部を揺動させて、前記走査対象に第１の反射面から走査する前記レーザ光を出射させるミラー駆動部と、
前記走査対象からの反射光を予め定めた位置に集光するように反射させる第２の反射面を有する戻りミラー部と、
戻りミラー部により集光する位置に配置され、前記走査対象からの反射光を受光する受光部と、を有する光学的走査装置において、
前記揺動の方向で第１の反射面の両端から延出するように配置され、前記出射ミラー部が正常時の所定の角度を超える揺動角に達した際に、前記光源部からのレーザ光が照射される第３の反射面を具備し、
前記第３の反射面から前記受光部に反射した前記レーザ光が受光された際に、前記揺動の制限を行うことを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記第３の反射面は、前記第１の反射面に続く表面の一部又は全部が砂目地状からなる光散乱面で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光走査置。
【請求項３】
前記第３の反射面は、１又は２以上の砂目地状からなる光散乱面と平面状の鏡面とが交互に複数設けられて形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学的走査装置。
【請求項４】
前記出射ミラー部が揺動する前記所定の角度は、前記ミラー駆動部への破損を防止する範囲に設定されている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】
前記出射ミラー部が遥動する前記所定の角度が、前記受光部において前記走査対象物からの有効な信号を与える角度を超えて設定されていることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。  
【請求項６】
光束を生成する光源部と、複数の反射面を有し回動しつつ所望する方向に光束を出射する回動部と、前記回動部により出射された光束の反射光を受光する受光部と、を有する光学装置において、
前記回動部には、前記光束出射用の第１の反射面と、前記反射光を受光するための第２の反射面と、前記第１の反射面の両側に配置された第３の反射散乱面とが、一体的に設けられており、
前記回動部が正常動作あることを示す所定の角度範囲を超えて回動したとき、前記光源部からの光が前記第１の反射面から外れて前記第３の反射散乱面に至り、該第３の反射散乱面からの反射散乱光が直接、前記受光部に入射することを特徴とする光走査装置。
【請求項７】
前記回動部の構成部位には、回動軸が設けられ、前記第１の反射面の中心が前記回動軸の中心から半径方向にオフセットされ、前記第１の反射面の端部に反射散乱面が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
【請求項８】
前記反射散乱面に照射された前記光束が前記受光部において検出されたときに、前記回動部に対して、前記第１の反射面における振幅を減少させる制御を行う制御部を設けたことを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
【請求項９】
前記受光部において、前記光束が前記反射散乱面に至らず、前記受光部から検出されていないときに、
前記回動部に対して、前記第１の反射面における振幅を増大させる制御を行う制御部を設けたことを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
【請求項１０】
揺動により、入射した光束を走査光として出射し、その反射光を受光する走査ミラーと
前記走査ミラーを揺動する駆動部と、を有し、
前記走査ミラーは、
前記反射光を受光する凹面鏡からなり所定位置に集光する集光鏡面部と、該集光鏡面部の面上に突出するように配置されて前記光束を出射するための平面鏡からなる出射鏡面部と、前記走査の方向で前記出射鏡面部の両端から集光鏡面部の鏡面まで所定の角度で延出し、一部又は全部の表面に凹凸が設けられる反射散乱面部とで構成され、
正常揺動時は、前記出射鏡面部内より前記走査光が出射され、異常揺動時には、前記反射散乱面部まで至る前記出射鏡面部より前記走査光が出射されることを特徴とする光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バーコード等のシンボルマークとして記載される情報を光学的に読み取る光走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、物品に関する情報をバーコードとして印刷又は貼付しておき、その物品を管理又は販売する際に、バーコードを光学的に読み取るバーコードリーダが知られている。このバーコードリーダには、光源として半導体レーザ素子を用いて光束（レーザ光）を走査させ、その戻り光から情報を復号する小型の光走査モジュールが搭載されている。バーコードを筆頭とするシンボル情報は、通常、光学的に情報が認識可能な記号化された情報であるが、他にも、画面化された自動車や人物等の陰影情報や、走査型レーザ顕微鏡により観測したい試料等における物体情報であってもよい。
【０００３】
光走査モジュールは、レーザ光を走査させる方式として、多面ミラー（ポリゴンミラー）を回転させる方式や一枚のミラーを揺動させる走査ミラー方式が知られている。例えば、特許文献１には、板ばねと走査ミラーを用いて走査機構が提案されている。また、特許文献２には、同様に走査ミラー等を用いた方式であるが、駆動部分の共振現象を利用して振幅を制御する技術が提案されている。
【０００４】
また、従来最も用いられていたポリゴンミラー方式は、ミラーを回転させるためのモータ駆動部があるため、レジスターなどの据え置き型として普及している。これに対して、走査ミラー方式は、それぞれが小型の永久磁石と駆動コイルで走査機構を構成できるため、小型軽量化を図る上では有利であった。そのため、ハンドタイプのバーコードリーダや携帯型機器に搭載する光走査モジュールとしては、走査ミラー方式が普及している。
【０００５】
このような光走査モジュールは、情報機器のデータ入力の用途に適しており、携帯情報端末などあらゆる機器に組み込まれ、物流、製造業、小売業等に広く普及している。また、同光走査モジュールを物体認識センサとして用いることで、例えば、車間センサや安全・防犯装置等への応用も可能となっている。
【特許文献１】米国特許番号ＵＳ６，３６０，９４９号
【特許文献２】米国特許番号ＵＳ６，９８１，６４５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した光走査モジュールにおいては、その機構上、温度・湿度等の外部環境の変化により、走査角の変化や材料の経時変化が生じている。例えば、特許文献１、２等によれば、共振ばね等を利用している。温度又は湿度などの外部環境の変化や、ばね材料の製造ロット、長年の使用等により、共振ばねのヤング率やポアソン比等の材料特性は変化する。さらに、共振ばねの摩擦粘性係数も変化する。さらに、ばね等の吸水膨張係数、温度による線膨張係数等に応じて形状も変化する。そのため、同じ大きさの駆動パルスを与えたとしても走査ミラーの揺動角（走査角）が変動するという問題があった。
【０００７】
特に、設計仕様で決められた所定の範囲の揺動角を越えるような揺動を走査ミラーに行わせると、光走査モジュールが損傷してしまうという不具合がある。このような背景により、走査モジュールには、走査ミラーの振幅、すなわち揺動角が所定の範囲を超えないようにするため、揺動角度検出機構を設けている。この揺動角度検出機構で走査ミラーの揺動角度を検出し、所定の範囲の揺動角度を超えるようであれば、走査ミラーの揺動角度が小さくなるように制御することで、光走査モジュールの信頼性や耐久性を高めている。
【０００８】
しかしながら、揺動角度検出機構として専用のセンサや調整機構を設けることから、部品点数が増加し、結果的に製品コストが上昇し、製品を小型化することが難しくなってしまうという問題があった。
【０００９】
そこで本発明は、簡易な構成で且つ安価なコストで走査ミラーの揺動角度範囲を制御する光走査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、レーザ光を発光する光源部と、前記光源部から発せられた前記レーザ光を反射し、走査対象に向けて出射する第１の反射面を有する出射ミラー部と、前記出射ミラー部を揺動させて、前記走査対象に第１の反射面から走査する前記レーザ光を出射させるミラー駆動部と、前記走査対象からの反射光を予め定めた位置に集光するように反射させる第２の反射面を有する戻りミラー部と、戻りミラー部により集光する位置に配置され、前記走査対象からの反射光を受光する受光部と、を有する光学的走査装置において、前記揺動の方向で第１の反射面の両端から延出するように配置され、前記出射ミラー部が正常時の所定の角度を超える揺動角に達した際に、前記光源部からのレーザ光が照射される第３の反射面を具備し、前記第３の反射面から前記受光部に反射した前記レーザ光が受光された際に、前記揺動の制限を行う光走査装置を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡易な構成で且つ安価なコストで走査ミラーの揺動角度範囲を制御する光走査装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。  
まず、図１に示す本発明の一実施形態に係る光走査装置の概要について説明する。この光走査装置１は、大別して、基材となるハウジング２、光源部４、走査ミラー１２、駆動部３、受光部６、及び制御部として機能する回路基板（図示せず）等により構成される。
【００１３】
この光走査装置１において実現された外寸は、１６．３８７ｃｍ３（１立方インチ）以下程度の容積である。この光走査装置１は、光学読み取り機能の１ユニットとして、種々の電子機器に搭載できるように、例えば、ハウジング２下面に固定用ねじ穴等が形成される。搭載可能な電子機器としては、例えば、携帯端末機器、ハンドヘルドスキャナ、ＰＯＳコンピュータ及び通信機器等があり、それぞれに筐体内に搭載され、その機器の制御部により制御される。
【００１４】
次に、光走査装置１の構成について詳細について説明する。図２には、図１に示した光走査装置における光学部品を抜粋して示している。
【００１５】
光源部４は、ハウジング２に実装されており、光束（ビーム光）としてレーザ光を発生させる半導体レーザ素子２３、コリメータレンズ２４及び出射開口部２６等により構成される。半導体レーザ素子２３は、波長約６５０ｎｍのレーザ光を発生し、レーザ光はコリメータレンズ２４及び出射開口部２６を経由することで整形される。コリメータレンズ２４と出射開口部２６の形状は、読み取り対象となるバーコード等のシンボルマークや読み取り距離に応じて、読み取りが最適となるように調整及び設定されている。具体的には、レーザ光のビームウェストまでの距離が出射開口部から２００ｍｍ程度、ビームウェストの直径が０．３ｍｍ以下程度となるように調整されている。
【００１６】
折り返しミラー２５は、その反射面が出射開口部２６を経由して整形されたレーザ光の光軸に対して所定角度をなすように、ハウジング２に対して固定され、当該レーザ光を走査ミラー１２に向けて反射させる。  
走査ミラー１２は、駆動部３と軸受部１０と一体的に接合されており、ハウジング２に植設された回転軸１１を中心に回転自在となっている。
【００１７】
図３Ａに示すように、走査ミラー１２の前面には、その中央付近に平面で矩形形状の出射ミラー面１３と、その出射ミラー面１３を取り囲むように、非球面で且つ凹面状に湾曲した集光ミラー面１２ａとが形成されている。さらに、出射ミラー面１３の揺動方向両端（図３Ａにおいて、出射ミラー面１３の左右端）に、本実施形態の特徴となる微細な凹凸で形成された反射散乱面１４ａ，１４ｂが形成されている。
【００１８】
揺動されている出射ミラー面１３は、折り返しミラー２５から入射されたレーザ光を読み取り対象となるシンボルマークに向けて走査光として出射する。集光ミラー面１２ａは、シンボルマークで反射された戻り光を集光させて、その光束を後段の光検出器３２に向けて反射させる。集光ミラー面１２ａは、反射光を集光させた焦点が光検出器３２の受光面の近傍に位置するように、その凹面状態が加減されている。
【００１９】
反射散乱面１４ａ，１４ｂは、折り返しミラー２５からレーザ光が入射したときに、その表面に形成された微細な凹凸により、四方へ散乱するように反射させる。つまり、出射ミラー面１３は、レーザ光を光束のまま反射させて、シンボルマークに出射することに対して、反射散乱面１４ａ，１４ｂは、レーザ光を散乱光として反射している。
【００２０】
また、図３Ｂに示すように、走査ミラー１２の背面には、ハウジング２に植設された回動軸１１と嵌合し、回動軸１１にまわりに所定の回動範囲で摺動自在に支持されるすべり軸受１０が設けられている。
【００２１】
出射ミラー面１３は、軸受（走査ミラーの回動中心）１０に対してオフセットされて形成されているため、出射ミラー面１３の角度を変化させようと走査ミラー１２を回動させると、出射ミラー面１３の位置は徐々にずれていてくことになる。このため、出射レーザ光が出射ミラー面１３に照射されていても、走査ミラー１２の走査角度が所定の範囲（ここでは、走査ミラーを安定して操作でき、且つ、破損しない程度と定義）よりも大きく揺動した場合には、出射ミラー面１３から出射レーザ光のスポットが外れるようにしている。つまり、出射ミラー面１３の横幅（図３Ｃの左右方向）の長さは、走査ミラー１２の走査角度が所定の範囲内で回動している間、出射レーザ光スポットが出射ミラー面１３から外れない程度の長さに設定している。
【００２２】
走査ミラー１２は、射出成型により、出射ミラー面１３、集光ミラー面１２ａ、反射散乱面１４ａ，１４ｂ及び、軸受１０等を一体的に形成した樹脂成形部品として構成されている。なお、走査ミラー１２の後方には、走査ミラー１２に回動軸１１まわりの回動力を伝えるための駆動部３が設けられている。
【００２３】
この駆動部３は、駆動コイル１６と、板ばね１９と、支持ばね保持部材１７、ヨーク上に配置された磁石１８と、により構成される。本実施形態では、走査ミラー１２側に駆動コイル１６を、ハウジング２側にマグネット１８をそれぞれ固定し、駆動コイル１６に後述する回路基板より所定の駆動パルスを印加することで電磁カを発生させて走査ミラー１２を揺動させる、いわゆるムービングコイル方式の駆動モータである。反対に、走査ミラー側にマグネット、ハウジング側に駆動コイルを配置した、いわゆるムービングマグネット方式の駆動モータといった公知の駆動モータも採用することが可能である。
【００２４】
このように、駆動部３におけるマグネット１８と駆動コイル１６の位置を適正に配置し、且つ所定の駆動パルスを駆動コイルに印加することで、駆動部３にトルクが発生し、走査ミラー１２を回動（揺動）させることができる。出射ミラー面１３で反射して出射されたレーザ光は、図１に示すハウジング２に設けられた走査開口面Ｌ（図２参照）を通過して外部に出射される。この出射ミラー面１３で反射されるレーザ光の光軸が走査開口面の垂線に対して一致するときの走査ミラーの角度を基準（走査角０°）として、その基準からの走査ミラーの機械的な回動角度を走査角（揺動角）と称する。
【００２５】
また図２に示す走査開口面Ｌ（走査幅）は、出射ミラー面１３が揺動する角度により規定され、その角度は衝突による走査ミラー１２及び駆動部３への破損を防止する範囲内に設定されている。
【００２６】
ここで反射散乱面１４ａ，１４ｂについて、さらに詳細に説明する。  
図３Ｃにおいて、走査ミラー１２は、紙面に平行な上下に延びる軸を中心に揺動可能とする。よって、出射ミラー面１３と集光ミラー面１２ａが揺動する方向は、紙面の左右方向と平行となる。出射ミラー面１３と集光ミラー面１２ａの揺動方向における境界部分１５ａ，１５ｂを越えて反射散乱面１４ａ，１４ｂが設けられている。
【００２７】
より詳細に説明すると、図３Ａにおいて、平坦な出射ミラー面１３が集光ミラー面１２ａから突出するように形成されている。その出射ミラー面１３と集光ミラー面１２ａとの間を、出射ミラー面１３の垂線に対する角度θ、例えば３０°を超える程度の傾斜で繋がるように形成される平坦な面が反射散乱面１４ａ，１４ｂとなる。この反射散乱面１４ａ，１４ｂの表面は、微細な凹凸に加工されている。
【００２８】
走査ミラー１２を樹脂成形で形成する際に用いる金型構造において、成型時に金型から走査ミラー１２を離型する方向が、出射ミラー面１３に対して略９０°となるように設定されている。このとき、集光ミラー面１２ａに対して凸形状となっている出射ミラー面１３の部分の周囲については、離型性を高めるため、３０°以上の抜き勾配としての傾斜部を施している。そして、この傾斜部の表面には砂目地状の加工が施されている。
【００２９】
本実施形態では、走査ミラーの成型後に、出射ミラー面１３と集光ミラー面１２ａと抜き勾配の傾斜部にそれぞれ、金の真空蒸着を施し、この抜き勾配の傾斜部における傾斜面が反射散乱面１４ａ，１４ｂとして利用している。
【００３０】
この走査ミラー１２が揺動している際に、半導体レーザ素子２３からのレーザ光が入射されると、図３Ｃに示すように、レーザ光のスポットは出射ミラー面１３内を移動する。このレーザ光のスポットは、走査ミラー１２が設計仕様で決められている所定の角度範囲内で揺動していれば継続される。しかし、外部からの衝撃や外部の環境変化など何らかの理由で走査ミラー１２が所定の角度範囲を超えて回動した場合には、レーザ光のスポットは、出射ミラー面１３の外側に設けられた反射散乱面１４ａ，１４ｂに照射される。  
受光部６は、ハウジング２上に固定されており、バンドパスフィルタ３３と受光開口部３１と光検出器３２等により構成される。
【００３１】
バンドパスフィルタ３３は、半導体レーザ素子２３から出射されるレーザ光の波長を基準として設定される。本実施形態では、波長が６５０ｎｍ近傍の光のみを通過させるように設定されている。このため、読み取り対象となるシンボルマークで反射した光（戻り光）は、レーザ光のみがバンドパスフィルタ３３を透過し、それ以外の波長の光は遮断される。
【００３２】
これにより、戻り光のみがバンドパスフィルタ３３を通過し、受光開口面３１を経由して光検出器３２に入射する。光検出器３２は、光電変換面を有し、入射する光の強弱に応じた光電流を生成する。光検出器３２は、図４に示す基板上に形成される制御部である電気回路４１に接続されている。光検出器３２により生成された光電流は、電気回路４１に取り込まれて、電流・電圧変換や増幅、復号処理等、種々の処理がなされる。尚、光検出器３２に入射する光の強弱は、シンボルマーク等の読み取り対象物の反射率や形状の陰影の情報に対応している。
【００３３】
従って、戻り光から生成された信号レベルの変化が、予め設定された規格（信号レベル変化）と合致するか否かを判定することにより、バーコードとして印刷された情報を取得することができる。また情報だけではなく、物体の有無を検出することもできる。
【００３４】
次に、本実施形態の光走査装置における回路構成について説明する。  
図４は、本実施形態における基板上に形成される制御部である電気回路のブロック図である。  
電気回路４１には、光源部４２、駆動部４３及び、受光部４４等が電気的に接続されている。さらに、電気回路４１は図示しないコネクタ等を介して外部機器に接続可能であり、本実施形態ではコンピュータ５１が接続される。光走査装置１とコンピュータ５１との間で、プログラムやデータの通信を行っている。
【００３５】
電気回路４１は、光源回路４５、駆動回路４７、電流／電圧（Ｉ／Ｖ）変換回路４８、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路４９、走査制御回路４６、復号回路５０等を備えている。光源回路４５は、走査制御回路４６からの光源駆動信号ＯＤ１に基づき、光源部４２の半導体レーザ素子２３に対して光源駆動電圧ＶＥ１を印加し、レーザ光を発光させる。駆動回路４７は、走査制御回路４６からの駆動信号ＤＲ１に基づき、走査ミラー１２の駆動部４３に対して駆動パルスＤＰ１を印加し、走査ミラー１２を揺動させる。電流／電圧変換回路４８は、受光部４４の光検出器３２が受光した際に発生する光電流ＰＩ１を電圧に変換し、アナログ／デジタル変換回路４９は、その電圧をデジタル信号ＤＳ１に変換する。
【００３６】
走査制御回路４６は、デジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）等からなり、上述した光源部４２、駆動部４３などの構成部位全体を制御する。復号回路５０は、マイクロプロセッサや不揮発メモリ等により構成される。例えば、戻り光から生成された光電流ＰＩ１の信号の取り込みや、その信号に基づくバーコード情報の復号などの所望する機能を実現するためのソフトウェアを電気回路の外部機器（例えば、コンピュータ５１）から書き込むことができる。
【００３７】
このように構成された電気回路４１において、コンピュータ５１から読み取りを指示するトリガー信号ＴＧ１が入力されると、復号回路５０から走査開始信号ＳＥ１が走査制御回路４６に出力される。走査制御回路４６は駆動回路４７に対して駆動信号ＤＲ１を出力する。駆動回路４７は、この駆動信号ＤＲ１に基づいて駆動パルスＤＰ１を駆動部４３に出力して駆動部４３に対して駆動力を発生させる。この駆動力により、走査ミラー１２が回動軸１１周りに反復的に揺動する。
【００３８】
また、走査制御回路４６は、光源回路４５に対して光源駆動信号ＯＤ１を出力する。光源回路４５は光源駆動信号ＯＤ１に基づいて、光源駆動電圧ＶＥ１を光源部４２の半導体レーザ素子２３に出力する。半導体レーザ素子２３は、印加された光源駆動電圧ＶＥ１に基づいてレーザ光を発生する。
【００３９】
バーコード等の読み取り対象物からの反射光は、戻り光として、受光部４４の光検出器３２によって受光され、反射光の光強度に応じた電流が発生する。この電流は、電流／電圧変換回路４８にて電圧値に変換され、アナログ／デジタル変換回路４９にてデジタル値に変換される。そして、復号回路５０にて、情報が復号化される。
【００４０】
本実施形態の光走査装置における走査ミラーの制御方法について説明する。  
図５Ａでは、走査ミラー１２が基準位置（回動角度０°）にあるときの出射レーザ光の光軸を示している。この走査ミラーが基準位置にあるときは、上述したように、出射ミラー面１３で反射される出射レーザ光の光軸は、走査開口面Ｌの垂直方向に一致している。
【００４１】
この状態で、図６に示すように、走査ミラー１２の駆動部３にＷ１、Ｗ２で示される正負の駆動パルス（幅）を交互に印加することで、走査ミラー１２が揺動して左スキャンさせたり（図５Ｂ）、右スキャンさせたりする（図５Ｃ）ことができる。このようなスキャン状態で、出射ミラー１３で反射され出射される出射レーザ光は、直線上を左右に往復走査する。
【００４２】
しかし図５Ａに示すように、出射ミラー面１３と走査ミラー１２の回動軸１１には、一定の距離のオフセットが生じている。このため、走査ミラー１２の回動に伴い、出射ミラー面１３上において出射レーザ光の入射位置（光スポット）が移動することとなる。
【００４３】
図６に示したように、パルス幅Ｗ１、Ｗ２で正負を変えた駆動パルスを駆動コイル２０与えると、図５Ｂ、図５Ｃに示したように、反時計周りの左スキャン、時計周りの右スキャンが生じる。その結果、図８に示すように、走査ミラー１２の走査角は反復的に変動する。駆動部３の質量により慣性モーメントを有することから、走査角の変動は駆動パルスの変動に対して位相遅れが発生する。しかしながら、走査制御回路４６によって、その位相遅れを調整することが可能であり、駆動部分の慣性モーメントに応じて適正に補正された値となっている。
【００４４】
この補正により、駆動パルスとデータの取り込みのタイミング（後述する有効走査領域に相当するタイミング）が適正に維持され、安定的にデータを取り込むことができる。また、これとは反対に有効走査領域以外に相当するタイミングについても、位相遅れの値を適宜設定することで、把握することが可能となる。
【００４５】
図７Ａ（ａ）〜（ｅ）は、走査開口面側から走査ミラー１２を見た図であって、基準位置から左スキャンして、また基準位置に戻ってくるまでの出射レーザ光のスポット１３ａを示している。図７Ａ（ａ）〜（ｅ）に示すように、出射レーザ光のスポット１３ａは、出射ミラー面１３上を反復するように移動する。尚、正常な状態であれば、右スキャンに振り切った場合でも、出射レーザ光のスポット１３ａは出射ミラー面１３の端からはみ出て、反射散乱面１４ａに達することはない。
【００４６】
図８は、走査ミラー１２に正負の駆動パルスを与えたときの、走査ミラー１２の走査角度と時間との関係を示している。ここで、走査角度が２０°から−２０°までの変位が図５Ｂに示す左スキャンであり、走査角度−２０°から２０°までの変位が図５Ｃに示す右スキャンに対応する。
【００４７】
そして、図９には、図８で示すように走査ミラー１２を反復的に揺動させたときの光検出器３２の受光量の時間変化を示している。この図から分かるように、左スキャン及び右スキャンのそれぞれの中央、即ち、基準位置における光検出器３２の受光量は大きく、左スキャンの始端（右スキャンの終端）と、左スキャンの終端（右スキャンの始端）といった、走査角度の絶対値が大きいときの光検出器３２の受光量は小さくなる。
【００４８】
これは、読み取り対象となるバーコードは平坦な面であるため、走査角の絶対値が大きくなると、一般に光のけられやコサインｎ乗則など、周辺光量落ちと呼ばれる現象が生じる。そのため、走査範囲の中で中央付近においては、得られる光量が最大となり、走査範囲の両端において光量が減少する。
【００４９】
さらに、反復的な振れとなる走査の両端では、走査方向が反転するように切り替えられる。つまり、その両端では、速度が停止するまで下がるため、適正な周波数の信号が得られない。これらの理由により、走査の両端は、バーコード等の読み取りに使うことができない。その結果、対象物からの反射光を取り込むのに、安定で有効な領域Ａ１，Ａ２が基準位置を中心に、各スキャンの中央近辺に存在することになる。以下、この領域を有効走査領域Ａ１，Ａ２と称する。
【００５０】
図１０は、図９に示された光量変化を光検出器で取り込んで、電流／電圧変換やアナロゲ／デジタル変換等の処理を行い、さらに、２値化した後の信号を示したものである。この２値化において、前述した有効走査領域Ａ１，Ａ２における戻り光から生成された信号が取り込まれるように閾値が設定されているものの、有効走査領域Ａ１，Ａ２における信号が「１」として判断されていることが分かる。これに対して、有効走査領域Ａ１，Ａ２以外、特に走査角度が大きくなる左スキャン及び右スキャンの始端、終端近辺で受光した戻り光から生成された信号は、受光量が小さいため、本来「１」と判断されるべきところが「０」と判断される。以上が、光走査装置が安定的に設計仕様通りに駆動しているときの状態である。
【００５１】
しかし、実際の使用現場においては、光走査装置に対して、温度や湿度などの環境変化が影響して、走査ミラー１２の走査角が大きく変動する場合がある。
【００５２】
上述したように、温度や湿度等が変動して設計仕様の範囲を超えた場合や経年変化により駆動部３に含まれるバネ１９の弾性が劣化するなどの変化が生じる。この変化は、これまでと同じ所定の駆動パルスを駆動部３に印加しているにも関わらず、正規な左右スキャンの端（走査方向の切り返し位置）で停止せずにオーバーランして、走査ミラー１２の揺動角が所定以上に回動してしまう現象が発生する。
【００５３】
図７Ｂ（ａ）〜（ｅ）は、このような現象が発生した場合における出射ミラー面１３上の出射レーザ光のスポット１３ａの変動を示している。この図７Ｂは、図７Ａと同様に、走査ミラーが基準位置から左スキャンを行い、最大揺動角度に達した後、再度、基準位置に復帰するまでの過程を示している。
【００５４】
前述したように、回転軸中心と出射ミラー面１３との間には、オフセットが設けられていることから、出射ミラー面１３上におけるスポットの移動量は、揺動角の増減に対応する。つまり、揺動角が基準位置に対して最大となった時に、出射レーザ光のスポット１３ａも基準位置からの変動量が最大となる。
【００５５】
図７Ｂ（ｃ）には、最も走査ミラー１２の揺動角度が大きくなった状態を示し、そのときの出射レーザ光のスポット１３ａは、出射ミラー面１３から外側に外れ、出射ミラー面１３の左エッジ１５ａを超えて反射散乱面１４ａ上に至る。その出射レーザ光は、反射散乱面１４ａで発散的に反射され、その一部が受光部６の光検出器３２にて受光される。この時の光検出器３２の受光量は、対象物からの反射光を受光したときの受光量とは異なり、著しく大きな値となる。
【００５６】
図１１は、揺動角度が大きくなった場合の光検出器３２の受光量変化を示す。尚、この図１１において、走査角が大きくなったところに相当するボトム部分の信号が一部抜けて図示されていないが、これは信号値が大きく変化して、記載できる範囲を超えているため図示できないことを意味する。
【００５７】
つまり、走査ミラー１２の走査角が所定の範囲を超えると、反射散乱面１４ａ，１４ｂによる散乱光が光検出器３２に直接取り込まれる。反射散乱面１４ａ，１４ｂと光検出器３２の距離は近いため、光検出器３２が受光する散乱光の光量は非常に多く、光信号の値は非常に大きな値となることを示している。他方、走査角が所定の範囲を超えない正常動作のときは、前述した図９の場合と同様の値をとる。
【００５８】
このように、光検出器３２で受光する光信号という観点からすると、走査角が所定の範囲を超えるか否かによって、光検出器３２における光信号は、大きく変動し、走査角の変化を検出するに十分な変動量となっている。つまり、本来安定している状態であれば、図９に示すように光検出器の受光量が最も少なくなる部分（時間）であるのに対し、この散乱光の光量が大きいため、散乱光が入射したか否かの判断を迅速に行うことができる。
【００５９】
図１２には、図１１に示した光信号をアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換して所定の閾値に基づき２値化した２値化信号を示している。また、図１３は、駆動パルスとデジタル信号のタイミングと位相の遅れを概念的に示すタイミングチャートである。
【００６０】
図１２から分かるように、左スキャン、右スキャンの各終了端には、反射散乱面１４ａ，１４ｂからの反射光に相当する光信号（それぞれ左エッジ検出信号Ｂ１、右エッジ検出信号Ｂ２と称する）が現れる。
【００６１】
この左エッジ検出信号Ｂ１及び右エッジ検出信号Ｂ２を検出するには、左スキャンを実行させる駆動パルス及び右スキャンを実行させる駆動パルスからのディレイ量を調整することで、左スキャン終端、右スキャン終端の時間帯を特定する。そして、その時間帯において、左エッジ検出信号及び右エッジ信号が出現するか否かを検出すれば良い（図１３参照）。
【００６２】
従って、（１）左エッジ検出信号Ｂ１と右エッジ検出信号Ｂ２の双方を検出したか、いずれか一方のみを検出したか、どちらも検出しなかったか、または、（２）左エッジ検出信号Ｂ１や右エッジ検出信号Ｂ２のパルス幅がどれほどか、等を走査制御回路４６において求める。これにより、走査ミラー１２の揺動角（走査角）が所定の角度範囲を超えたかどうか、どちらに揺動したときに所定の角度範囲を超えたのか、所定の角度範囲をどれだけ超えたのかを検出することが可能となる。
【００６３】
つまり、走査ミラー１２やその駆動部３が、揺動角が所定の範囲以上に大きくなった故の破損を未然に防ぐために、破損を招いてしまうような揺動角に達する手前で、出射レーザ光のスポットが反射散乱面１４ａ，１４ｂに照射されるように、出射ミラー面１３の両側（走査方向）に反射散乱面１４ａ，１４ｂを形成して、走査ミラー１２の揺動角度、即ち、出射レーザ光走査範囲を走査制御回路４６においてモニタすることが可能となる。
【００６４】
従来の技術においては、遥動角が大きくなると駆動部３がハウジングの一部と衝突して逆戻りすることにより、以降の走査が一時的に不安定となるという問題があった。すなわち、スキャンの終端等において衝突等が起きると、以降の走査速度が不安定となるため、取り込まれた光信号の信号周波数が乱れて電気回路が正常に機能しなくなる。
【００６５】
しかしながら、本実施形態によれば、落下などのアクシデントによる外部からの強い衝撃を除き、機械的な衝突が回避されることから、復号回路の動作の信頼性という点においても改善される。また、遥動角が大きくなると、駆動コイルの断線等が生じる虞があるが、この点についても電気的な破損が防止される角度範囲となっている。
【００６６】
以上説明したように、出射ミラー面１３の幅方向の長さを規定すると共に、出射ミラー面１３の両端部に反射散乱面１４ａ，１４ｂを形成することで、走査ミラー１２が所定の走査範囲を越えて回動したのか否かを検出することが可能となる。しかも、走査ミラー１２の走査角度を検出するのが、既存の読取対象からの反射光を受光するための光検出器３２を利用しているため、新たに走査角度検出専用の検出器を設けることがなく、部品点数減、省スペース化に寄与できる。
【００６７】
なお、本実施形態では、反射散乱面１４ａ，１４ｂの形成位置を、走査ミラー１２が破損しない程度の回動を検出できるような位置に形成したが、これに限定されない。例えば、走査角度の基準位置からの増加に伴い低下する光検出器３２の受光量が、データ取り込み用として使用できないほど低くなってしまう領域（走査角度）に達することを検出できるような位置に形成しても良い。
【００６８】
また、本実施形態では、走査ミラー１２を樹脂成型品とし、出射ミラー面１３の周囲に設けた抜き勾配をそのまま反射散乱面１４ａ，１４ｂとして利用しているため、走査ミラー１２の成型の容易さと反射散乱面１４ａ，１４ｂを形成するためのコスト減を両立できている。
【００６９】
次に図１４、図１５を参照して、本願発による第２の実施形態に係る光走査装置について説明する。  
図１４に示すように、第２の実施形態では、走査ミラーの反射散乱面１４ａ，１４ｂを分割反射散乱面領域と鏡面領域を交互に形成した点と走査制御回路に書き込まれたソフトウェアが第１の実施形態と相違する。反射散乱面以外の構成部位は、第１の実施形態と同等であり、同じ参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００７０】
図１４に示すように、反射散乱面１４ａ，１４ｂをそれぞれ３つの領域に分割して設けた。左エッジ検出のために、分割反射散乱面領域Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３を鏡面領域Ｃ３１，Ｃ３２と交互に設ける。さらに、右エッジ検出のために、分割反射散乱面領域Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３を鏡面領域Ｃ４１，Ｃ４２と交互に設けている。この構成において、鏡面領域Ｃ３１，Ｃ３２及びＣ４１，Ｃ４２に入射する出射レーザ光の反射光は、光検出器３２に入射しないように、その角度が調整されている。
【００７１】
前述した第１の実施形態では、左エッジ検出と右エッジ検出のための反射散乱面（光散乱面）が、それぞれ１つの均一な面であったのに対し、第２の実施形態では、複数の反射散乱面（光散乱面）が鏡面によって仕切られ適切な間隔をおいて配置されている。
【００７２】
図１５には、このような走査ミラー１２を用いて、走査角が所定の範囲を超えた場合の、駆動パルスに対する２値化信号の一例を示している。図示するように、走査ミラー１２の揺動が大きくなり、走査角が正常状態より広くなった場合、左エッジ検出信号及び右エッジ検出信号による二値化信号に複数回の変化が検出される。
【００７３】
そして、走査制御回路４６に書き込まれているソフトウェアを置き換えることで、この左エッジ検出信号、右エッジ検出信号のパルス数をカウントすることができる。一般に、デジタル回路は、このようなパルス状（０又は１の２値）の信号処理に好適する。
【００７４】
従来、検出コイル等を用いて間接的にアナログの処理により制御していたのに対して、本実施形態においては、走査ミラーの回転角を検出するために、反射散乱面から得られた信号をデジタル処理することで、走査角の絶対角がパルス信号の発生により検出でき、より正確に回転角を制御することができる。
【００７５】
さらに、パルス信号の時間間隔を求めることで、走査角のみならず、走査速度をも正確に検知して制御することもできる。これにより、走査角等をさらに正確に制御することができる。
【００７６】
なお、以上説明した光走査装置については、回転軸をハウジングに固定し、軸受部を走査ミラーと一体化したが、必ずしもこの構成に限定されるものではない。例えば、回転軸を走査ミラーに固定し、軸受部をハウジングに固定する構成であっても、走査ミラーの位置を正確に規定することができる。
【００７７】
また、本実施形態における走査ミラーの所定角度について、破損を防止する範囲に設定されている例を示したが、この破損は、走査ミラー部の回動角が大きくなったときに回動部とハウジング部が衝突することによって生じる機械的な破損という意味を含む。また、回動角が大きくなったときに前記駆動コイルの断線等が起こりうるといった電気的な破損の意味をも含む。またさらに、経年変化等によって材質が変化して駆動部が製造時とは異なる動作をすることによる経年的な破損の意味をも含む。
【００７８】
本願発明によれば、走査ミラーの揺動動作に対して、少なくとも機械的な損傷を防止して異常な動作を未然に回避することができる。走査ミラーに破損が生じたならば、所定の光パルスが取得されないということによって、その破損が生じたことを検出することができる。また、走査ミラーの軸受部に付勢カを与えてもよい。これにより、走査ミラーの位置をより正確に規定することができるため、走査角の精度をより正確に制御することができる。
【００７９】
また、本実施形態の光走査装置は、読み取る情報として、ＪＡＮ、ＥＡＮ、Ｃｏｄｅ３９、Ｃｏｄａｂａｒ、ＩＴＦ等のバーコードの読み取りに好適する。また、前述した復号回路に搭載されたソフトウェアを書き換えることで、あらゆる物体検出等に応用が可能である。例えば、自動車、人物等の移動を検出して防犯・監視装置等を構成することができる。また、本発明の光走査装置は、あらゆる機器に搭載できる。例えば、無線装置、自動車、船舶、半導体製造装置、自動販売機、カード認識装置、ハンドヘルドバーコード読み取り装置等である。
【００８０】
また、本実施形態のレーザ光は６５０ｎｍの波長としたが、かならずしもこの限りではない。すなわち、４００ｎｍ近辺の光源としてもよいし、８００ｎｍ以上の赤外光を用いてもよい。この場合、前述したバンドパスフィルタやミラーの透過率・反射率等を使用波長に応じて変えればよい。この構成であれば、監視センサに適用でき、他にも赤外用の特殊インクを用いた印刷物を自動認識する等にも応用が可能となる。
【００８１】
また、本願発明によれば、前述した検出コイルやその回路等の実装を省略することができ、従来に比べて、より小型の光走査装置を実現することができる。この小型化は、携帯情報端末装置、携帯電話等、バッテリー駆動タイプの機器への搭載に好適する。さらに、本願発明によれば、光走査モジュールの走査角をより正確に検出して制御できため、温度・湿度が変動する屋外環境での使用に好適する。例えば、宅配業、運送業や、屋外での営業活動で用いる情報機器への搭載に好適する。
【００８２】
以上のように、本願発明によれば、対象物の輝度信号の取得に用いられている光検出器を、走査ミラーの走査角の検出に用いることで、従来において必要であった検出コイル等の部品を付加する必要がなくなって、部品点数を減らすことができる。これにより、部品点数の少ない光走査装置を提供することができる。
【００８３】
さらに、本願発明によれば、走査ミラーの走査角を、従来のような検出コイル等を用いた走査速度等の間接的な数値ではなく、走査ミラーの走査角の絶対位置を光学的に制御する。すなわち、反射散乱面を有する回動部材と検出信号を用いて、光学的な絶対位置を制御することによって、走査角、すなわち、振幅の制御を行う。これにより、温度・湿度等の環境変化があっても影響を受けにくい、走査性能に格段に優れた光走査装置を提供することができる。さらに、駆動部の破損を未然に防ぐ角度範囲で制御できることから、信頼性や耐久性に格段に覆れた光走査装置を提供することができる。
【００８４】
（１）光源部と、回動部と、受光部と、を有する光学装置において、前記回動部には、出射用の第１の反射面と、受光用の第２の反射面と、第３の反射散乱面とが、一体的に設けられており、前記回動部が所定の角度範囲を超えて回動したとき、前記光源部からの光が第１の反射面から外れて第３の反射散乱面に至り、第３の反射散乱面からの反射散乱光が直接、前記受光部に入射することを特徴とする光学装置。
【００８５】
（２）平面状の第１の反射面と、凹状に湾曲した第２の反射面とが一体的に構成された回動部品であって、前記回動部品には回動軸が設けられ、前記第１の反射面の中心が前記回動軸の中心から半径方向にオフセットされ、前記第１の反射面の端部に反射散乱面が設けられていることを特徴とする光学装置。
【００８６】
（３）（１）項または（２）項における光学装置において、前記反射散乱面に到達した前記光源からの光が前記光検出器において検出されたとき、振幅を減少させる回路手段を設けたことを特徴とする光学装置。
【００８７】
（４）（１）項または（２）項における光学装置において、前記反射散乱面に到達した前記光源からの光が前記光検出器において検出されないとき、振幅を増大させる回路手段を有することを特徴とする光学装置。
【００８８】
本実施形態の光走査装置は、具体的には、バーコード等のシンボルマークを読み取るリーダー、距離センサ、プリンタ、車間センサ、防犯センサ、走査型レーザ顕微鏡、携帯情報端末、レーザ走査装置等に搭載される。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態として、光走査装置の構成例を示す図である。
【図２】図２は、図１に示す光走査装置における光学部品を抜粋して示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、実施形態における走査ミラーを斜め前方から見た外観図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、実施形態における走査ミラーを斜め後から見た外観図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、実施形態における走査ミラーを正面から見た外観図である。
【図４】図４は、実施形態における制御系のブロック構成を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、走査ミラーによる左スキャンと右スキャンについて説明するための図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、走査ミラーの左スキャン状態を概念的に示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、走査ミラーの右スキャン状態を概念的に示す図である。
【図６】図６は、定常状態における駆動コイルの印加電圧における時間変化を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａ（ａ）乃至（ｅ）は、所定範囲内にある時の走査ミラーの走査角に対応するレーザ光の入射位置の変化の状態を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂ（ａ）乃至（ｅ）は、所定範囲を越えた時の走査ミラーの走査角に対応するレーザ光の入射位置の変化を示す図である。
【図８】図８は、定常状態における走査ミラーの走査角の時間変化を示す図である。
【図９】図９は、定常状態における受光する光量の時間変化を示す図である。
【図１０】図１０は、検出された２値化信号おける有効走査領域を概念的に示す図である。
【図１１】図１１は、走査ミラーの走査角が所定範囲を越えた時の受光する光量の時間変化を示す図である。
【図１２】図１２は、走査ミラーの走査角が所定範囲を越えた時に得られる有効走査領域及び走査角検出信号を概念的に示す図である。
【図１３】図１３は、駆動パルスとデジタル信号のタイミングと位相の遅れを概念的に示すタイミングチャートである。
【図１４】図１４は、本発明の第２の実施形態における走査ミラーの反射散乱面の構成例を示す図である。
【図１５】図１５は、第２の実施形態における２値化信号を概念的に示す図である。
【符号の説明】
【００９０】
１…この光走査装置、２…ハウジング、３…駆動部、４…光源部、５…、６…受光部、７…、８…、９…、１０…軸受部、１１…回転軸、１２…走査ミラー、１２ａ…集光ミラー面（戻りミラー部）、１３…出射ミラー面（出射ミラー部）、１４…反射散乱面。
【図１】
2009288559.tif 000003
【図２】
2009288559.tif 000004
【図３Ａ】
2009288559.tif 000005
【図３Ｂ】
2009288559.tif 000006
【図３Ｃ】
2009288559.tif 000007
【図４】
2009288559.tif 000008
【図５Ａ】
2009288559.tif 000009
【図５Ｂ】
2009288559.tif 000010
【図５Ｃ】
2009288559.tif 000011
【図６】
2009288559.tif 000012
【図７Ａ】
2009288559.tif 000013
【図７Ｂ】
2009288559.tif 000014
【図８】
2009288559.tif 000015
【図９】
2009288559.tif 000016
【図１０】
2009288559.tif 000017
【図１１】
2009288559.tif 000018
【図１２】
2009288559.tif 000019
【図１３】
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【図１４】
2009288559.tif 000021
【図１５】
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