JP3636742B2 - 光スキャナ及び光走査装置並びに当該光走査装置を用いた符号情報読み取り装置及びposシステム - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は光スキャナ及び光走査装置並びに当該光走査装置を用いた符号情報読み取り装置及びPOSシステムに関する。具体的にいうと、本発明は、レーザビームプリンタ、バーコードスキャナ、ビーム走査方式のエリアセンサなどにおいて光を線状に走査させる光スキャナ及び光走査装置等に関する。
【0002】
【従来の技術】
出願人らは新規な原理に基づく小型で安価な光スキャナを開発しており、これらの光スキャナは特開平4−95917号において開示されている。図1に示すものはその一例を示す概略斜視図であって、光スキャナAは、薄板状の振動子1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2とから構成されている。振動子1は、図1に示すような形状をしており、少なくとも曲げ変形モードを有するトーションバー状の弾性変形部3の一端に振動入力部4を設け、他端に可動部5を設けたものであって、これらはシリコンウエハから一体として作成されている。可動部5は弾性変形部3の軸心Pに対してほぼ左右対称な形状となっており、その表面には表面加工されたミラー面6が形成されている。
【0003】
しかして、駆動源2より弾性変形部3の曲げ変形モードの共振周波数fBと等しい周波数の振動を振動入力部4へ印加すると、弾性変形部3が当該弾性変形モードで振動し、可動部5を曲げ方向(θB方向)に振動させ、可動部5を曲げ方向(θB方向)に回動させる。このとき可動部5のミラー面6に光ビームαが照射されていると、反射された光ビームαは可動部5の回動角の2倍の走査角で走査される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの光スキャナAにあっては外部から強い衝撃や振動を受けた場合、例えば光スキャナAが落下したり、駆動源2から予期しえない振動が入力されたりした場合などには、弾性変形部3の塑性変形や光スキャナAの各部、特に弾性変形部3の破損が生じていたため、所定の走査角が得られず、また光ビームαが走査されないなど光スキャナの走査特性に著しい変化を生じていた。
【0005】
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、外部からの激しい衝撃や振動に伴って生じるかかる走査特性の変化を防止することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の光スキャナは、少なくとも1つの弾性変形モードを有する幅が細い弾性変形部と、前記弾性変形部の一端に設けられ、印加された振動を前記弾性変形部に伝える振動入力部と、前記弾性変形部の他端に設けられ、前記弾性変形部より太い幅を持ち、前記弾性変形部の弾性変形モードに応じて回動する可動部と、前記可動部の少なくとも一方の表面に表面加工された、光ビームを反射するためのミラー面と、前記振動入力部に振動を印加する加振源を備えた光スキャナにおいて、前記弾性変形部の変形により前記可動部が変位する各方向に、前記可動部に当接して前記可動部の可動領域を制限して前記弾性変形部を保護するためのストッパを備えたことを特徴としている。
【0007】
このとき、前記ミラー面の面積が前記可動部の面積よりも小さく、前記ミラー面以外の部分において前記可動部と前記ストッパとが接触するようにすることができる。
【0008】
また、前記可動部を囲むように設けたストッパに、前記可動部のミラー面へ光源から出射させた光ビームを入射させ、前記ミラー面で反射された光ビームを通過させるための窓を設けることととしてもよい。
【0009】
さらに、前記可動部に開口した少なくとも1つの穴に挿入された可動停止棒からストッパを構成することができる。
【0012】
これらの光スキャナにあっては、少なくとも前記ストッパの前記可動部と接触する部分を跳ね返り係数の小さな材質により構成することとしてもよい。
【0013】
また、これらのストッパにあっては、前記可動部の動作状況を検出するための動作状況検出手段を備えることができる。
【0016】
さらに、本発明の光走査装置は、上記の光スキャナを備え、前記加振源を駆動することによって光ビームを走査させる光走査装置であって、当該光走査装置に加わった衝撃や振動が前記光スキャナに加わらないように、衝撃や振動を吸収するためのダンパを介して前記光スキャナを被実装部に実装したことを特徴としている。
【0018】
また、本発明の符号情報読み取り装置は、検知対象となる物体がバーコード、多段バーコード、マトリックス化された2次元コード等の符号情報を有する物体であって、上記光走査装置と、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、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走査装置により走査し、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光センサ装置を用いて前記符号情報を読み取るようにしたことを特徴としている。
【0019】
また、本発明のPOSシステムは、上記符号情報読み取り装置を少なくとも1台以上備え、物品に添付された符号情報を読み取り、その符号情報を予め外部の第1のメモリ部に保存されている物品名称や販売価格等の商品情報と照合し、その照合結果内容を外部に表示すると共に第2のメモリ部に格納させるようにしたことを特徴としている。
【0020】
【作用】
本発明の光スキャナにあっては、弾性変形部の変形により可動部が変位する各方向に、可動部の可動領域を制限するためのストッパを設けているので、当該光スキャナに強度の衝撃や振動が加わり、弾性変形部の弾性限界値を越えるような動き(振動)が可動部に生じた場合でもストッパによりその振動が抑えられる。このため、弾性変形部がいずれの方向においても塑性変形を生じたり、弾性変形部に破損を生じることがない。したがって、光スキャナの走査特性に変化を生じることがなく、耐衝撃性、耐振動性に強い光スキャナを提供することができる。
【0021】
また、光ビームを反射させるために設けたミラー面を可動部より小さくし、ミラー面以外の可動部においてストッパと接触させるようにしているので、可動部とストッパとの接触によりミラー面が傷つけられ、ミラー面が劣化することもない。このため、長期にわたり安定な光ビームを走査させることができる。
【0022】
また、光ビームを走査させるために、可動部を囲むように設けたストッパに光ビームを可動部のミラー面へ入射させ、ミラー面で反射された光ビームを通過させるための窓を設けてやればよい。
【0023】
また、可動部に開口した少なくとも1つの穴と、この穴に挿入した可動停止棒とからストッパを構成すれば、簡単にストッパを備えることができる。
【0026】
これらの光スキャナにおいて、ストッパの少なくとも可動部とストッパとが接触する部分や可動停止部とストッパと接触する部分あるいは弾性変形部とストッパとが接触する部分について、跳ね返り係数の小さな材質によって構成すると、可動部などがストッパと接触した際の衝撃を緩和することができ、より効果的に衝撃等から光スキャナを保護することができる。
【0027】
また、ストッパに可動部の動作状況を検出するための動作状況検出手段を備えているので、可動部の異常振動や走査位置を把握することができる。このため、走査位置を表示する表示器や強い衝撃や振動に対するアラームなどの機能を付加したり、光ビームの走査状況をフィードバック制御することができる。したがって、これらの光スキャナを用いることにより、小型で耐衝撃性、耐振動性に強く、しかも高性能の光走査装置を提供することができる。
【0028】
また、本発明の光走査装置にあっては光走査装置に加わった衝撃や振動が光スキャナに加わらないように、衝撃や振動を吸収するためのダンパを介しているので、光スキャナに加わる衝撃等を和らげ、衝撃等により振動子が駆動源から脱離したりするのを防ぎ、さらに衝撃や振動に強くすることができる。
【0029】
このように本発明にあっては、衝撃や振動に強い光走査装置を得ることができる。このような光走査装置を用いることにより、物体を形状を認識する光センサ装置やバーコード、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符号情報読み取り装置あるいはそれを用いたPOSシステム等の機械的信頼性を向上させることができる。
【0030】
【実施例】
図2(a)(b)に示すものは、それぞれ本発明による光スキャナBを示す斜視図及び一部破断した断面図である。光スキャナBは、薄板状の振動子1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2と振動子1を構成する可動部5の過度な振動を抑制するためのストッパ11とから構成されている。振動子1は、図1に示すような形状をしており、少なくとも曲げ変形モードを有するトーションバー状の弾性変形部3の一端に振動入力部4を設け、他端に可動部5を設けたものであって、これらはシリコンウエハから一体として作成されている。可動部5は弾性変形部3の軸心Pに対してほぼ左右対称な形状となっている。また、その表面には表面加工されたミラー面6が可動部5のほぼ全面に形成されている。
【0031】
支持部12により振動子1とほぼ平行に配設されたストッパ11側面に開口された貫通孔13に弾性変形部3が挿入されるとともにストッパ11内に可動部5が納められていて、ストッパ11は例えば図3(a)(b)に示すように可動部5の上下左右方向などその他すべての方向について、それぞれ弾性変形部3の弾性限界値内で可動部5が振動できるように、中空になったケース状に作成されている。もちろん、弾性限界値より小さい範囲内で振動できるようにストッパ11を作成してもよい。また、光源からの光ビームαがミラー面6へ入射して、ミラー面6で反射された光ビームαの出射を妨げられないように、ストッパ11には可動部5のミラー面6に対応して開口部14が設けられている。
【0032】
しかして、駆動源2から弾性変形部3の曲げ振動モードの共振周波数fBに等しい振動を振動入力部4へ印加すると、弾性変形部3が当該弾性変形モードで振動し、可動部5を曲げ方向(θB方向)に振動させ、可動部5を曲げ方向(θB方向)に回動させる。また、可動部5のミラー面6に開口部14から光ビームαが照射されると、反射された光ビームαは可動部5の回動角の2倍の走査角で走査される。このとき、外部から弾性変形部3の弾性限界値以上の振動を起こすような、例えば図3(a)に示すように可動部5の上下方向に衝撃や振動が加わったとしても、ストッパ11の上下内面に可動部5が接触して可動部5は停止させられ弾性限界値以上には振動しない。また、図3(b)に示すように可動部5の左右方向に衝撃や振動が加わったとしても、ストッパ11の左右内面に可動部5が接触して停止させられ可動部5は左右方向の弾性限界値以上には振動しない。このため振動子1の破損を防ぐことができ、弾性変形部3は塑性変形を起こすこともない。また、弾性変形部3の軸心P方向に弾性変形部3が撓んだとしても、ストッパ11によって撓みが制限され弾性変形部3は破損されることもない。したがって、このような光スキャナBにあっては、耐衝撃性、耐振動性が向上し、光ビームαの走査異常を生じることが少なくなる。
【0033】
本発明のストッパ11の材質は特に限定されないが、跳ね返り係数の十分小さな材質を用いると、可動部5がストッパ11に接触した際の衝撃が緩和できるのでより効果的である。例えばゴムシートやプラスチックなどを用いるのが好ましい。また、図示はしないが剛性のある材質でできたケースの内面をゴムシートなど跳ね返り係数の小さな材質で覆うことにしてもよい。
【0034】
また、図4(a)(b)に示すように剛性の材質からなるケース(図示せず)内に例えばバネ15や片持ち状の弾性梁16例えば板バネのような機械的に衝撃を吸収できるストッパ11を可動部5の上下左右方向に配置させることとしてもよい。
【0035】
図5に示すものは、本発明の別な実施例である光スキャナCの振動子1を一部破断した斜視図である。この可動部5の表面に設けられたミラー面6の周縁に接触部17が設けられている。図2に示す光スキャナBでは、可動部5の全面にミラー面6が形成されているので、可動部5がストッパ11の内面に接触してミラー面6に傷が付きミラー面6が荒れ、反射された光ビームαに劣化を生じる。そこで、このようにミラー面6の周縁に接触部17を設けてミラー面6が直接ストッパ11に接触しないようにすることにより、ミラー面6の荒れを防止し、長期の使用でも劣化の少ない反射された光ビームαを得ることができる。
【0036】
図6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Dのストッパ21の構造を示す概略図である。可動部5の左右両端の接触部17には、可動部5の軸心方向に長軸を有する長孔状のストップ穴22が開口されていて、ストップ穴22にはストップ棒23が挿入されている。この光スキャナDにあっては、強い衝撃や振動が加えられ、弾性変形部3の弾性限界値より大きな振動が与えられても、挿入されたストップ棒23がストップ穴22の内周面に接触し、可動部5の振動が制御させられることとなり、第1の実施例と同様に弾性変形部3の塑性変形が抑えられ、光ビームαの走査異常を少なくすることができる。このように、上記各実施例の光スキャナにあっては、強度な衝撃、振動による振動子1の破損や塑性変形を防止することができる。
【0037】
図7及び図8に示す光スキャナE、Fは、上記の光スキャナBに可動部5の走査位置や振動状況などを検出できる動作状況検出手段24を備えたものである。図7に示す光スキャナEにおいては、可動部5の下面にも鏡面加工を施してミラー面25を形成させてあって、ケース状のストッパ11の内面に発光ダイオード(LED)などの発光素子26と、ミラー面25で反射された光ビームβを受光する半導***置検出素子(PSD)等の受光素子27とが配設されている。しかして、駆動源2より弾性変形部3に印加された振動により可動部5が曲げ変形モードθBで振動すると、発光素子26から出射された光ビームβはミラー面25で反射されて走査され、反射された光ビームβは受光素子27で受光される。したがって、このとき受光素子27で受光した光ビームβの位置を検出することにより、可動部5の走査位置を知ることができる。もちろん、受光素子27で受光した受光信号を解析することにより、可動部5の振動状況を把握することも可能である。
【0038】
また、図8に示す光スキャナFにあっては、可動部5の下面に形成された可動電極28と、可動電極28と対向してケース状のストッパ11の内面に形成された固定電極29との間にコンデンサCが構成されている。しかして、駆動源2より弾性変形部3に印加された振動により可動部5が曲げ変形モードθBで振動すると、可動電極28と固定電極29との間の距離が変化し、コンデンサCの静電容量の大きさが変化する。したがって、このコンデンサCの静電容量を求めることにより、可動部5の走査位置や振動状況を知ることができる。
【0039】
図9に示すものは、本発明の一実施例であるバーコードリーダや光センサなどに用いられる光走査装置Gを示す概略構成図であって、図10(a)(b)に光走査装置Gにおける光スキャナの取り付け部の概略斜視図及び断面図を示す。光走査装置Gは、例えば図8に示すような動作状況検出手段24を備えた光スキャナEと動作状況検出手段24の出力信号を処理する信号処理部31と可動部5の走査位置や振動状況を検出して振動子1の動作状態を外部へ知らせるための機能を有する出力部32とから構成されている。この出力部32には、例えば可動部5に異常な衝撃や振動が加わった場合に警告をするアラーム33や光源から出射された光ビームαの走査角度を表示するためのLED34その他の表示器35を備えており、可動部5の振動状況や光ビームαの走査状況を表示したりすることができる。したがって、光走査装置Gの作動中に、異常な衝撃や振動が加わればアラーム33からの警報により光走査装置Gの作動を中止したり、LED34の表示によって光ビームの走査状況を目視により確認することができる。
【0040】
また、光スキャナEは図10に示すようにダンパ36によって周囲を囲まれた台座上37に装着されていて、ダンパ36によって外部からの衝撃や振動が吸収され、直接光スキャナEに衝撃等が加わるのを防ぐことができるものである。このため、光スキャナEの振動子1、特に弾性変形部3の破損やストッパ11の破損、また、振動子1の駆動源2からの脱離など光スキャナEの破損を防ぐことができる。このダンパ36の材質も特に問わないが、跳ね返り係数の十分小さなものであればよく、例えば、ゴムシート、綿などを用いることができる。さらに、ダンパ36はスプリングや片持ち状に配設された梁例えば板バネのような構造とすることもでき、スプリングや梁によって支持された台座37上に光スキャナEを取り付けることとしてもよい。
【0041】
このように各種の表示機能や警告機能を備え、操作性、利便性などに優れた高性能の光走査装置を提供することができる。
【0042】
また、図11に示すように、動作状況検出手段24から出力された出力信号を処理して、振動子1を振動させるための電圧を駆動源2に印加する駆動部38をフィードバック制御することのできる信号処理部39を設けた光走査装置Hとすることもできる。この光走査装置Hにあっては、光ビームαの走査状況を把握して、走査状況に応じて駆動源2を駆動することによりより一層安定した走査(走査角度)が可能となる。
【0043】
図12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Iを示す斜視図であって、光スキャナIが装着されるダンパ36上に可動部5の左右両側を挟むようにしてストッパ41が設けられている。なお、可動部5下面には可動部5が振動しやすいように重り部42が設けられている。このストッパ41は、可動部5先端の左右両側に設けられた翼状のストップ部43を納めるようにして側面コの字状の凹部44が設けられており、凹部44の内面はゴムシートやプラスチックなどの跳ね返り係数の十分小さな材質45で覆われている。ストッパ41全体を跳ね返り係数の十分小さな材質で形成することとしてもよく、ダンパ36と一体として形成することもできる。このストッパ41の凹部44は、弾性変形部3の弾性限界値以上に振動を生じさせないように形成されており、上下方向(X軸方向)に弾性限界値以上の振動が加わった場合には、ストップ部43の上面及びストップ部43の下面とストッパ41の上下内面が接触して可動部5が停止させられる。また、左右方向(Y軸方向)に弾性限界値以上の振動が加わった場合には、左右のストップ部43側端部とストッパ41の内側面とが接触して可動部5が停止させられる。さらに、軸心方向(Z軸方向)に弾性変形部3が座屈した場合には、ストップ部43の端部とストッパ41の内面が接触して可動部5が停止させられる。このようにして、衝撃などによる振動から光スキャナIを保護することができる。
【0044】
図13(a)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Jを示す斜視図であって、図13(b)に示すものはその光スキャナJの振動子1を示す斜視図である。可動部5の先端には上下左右方向の弾性限界値以上の振動を防ぐためのストップ部43が設けられており、可動部5の下面には重り部42が設けられている。光スキャナJを装着するダンパ36上には、ストップ部43を納めるように窪みや貫通孔のような空所48が設けられた揺れストッパ46が設けられている。したがって、可動部5の上下左右方向の弾性限界値以上の振動は、ストップ部43が揺れストッパ46内面に接触することによって制御されることになる。また、可動部5の幅よりも狭く、弾性変形部3の弾性変形を妨げないよう弾性変形部3の両側を挟むようにして抜けストッパ47が設けられている。したがって、弾性変形部3の軸心方向の座屈は、可動部5の端面が抜けストッパ47の背面に接触することによって制御される。
【0045】
この光スキャナJにあっては、上下左右方向の振動を防ぐ揺れストッパ46と軸心方向の座屈を防ぐ抜けストッパ47とに構成を分けたために、例えば図2に示す光スキャナBのようなストッパ11や図12に示す光スキャナJのストッパ41に比べて構造が簡単になり、ストッパの形状、部品数の削減を図ることができる。このため光スキャナや光走査装置の小型化や組立性の向上を図ることができ、コストの削減をすることができる。
【0046】
また、可動部5の先端にストップ部43と揺れストッパ46とを配置し、弾性変形部3の両側を挟むようにして抜けストッパ47を配置しているので、可動部5に入射する光ビーム及び可動部5で反射された光ビームαの光路を広くかつ容易に確保することもできる。したがって、このような光スキャナJを用いることにより、バーコードリーダや光センサ装置などの光走査装置における構造上の制約が少なくなり、簡単に光走査装置に応用することが可能になる。
【0047】
また、図14に示すものはさらに本発明の別な実施例である光スキャナKを示す一部破断した斜視図であって、可動部5先端に設けられたストップ部43にはくびれ部49が形成されている。この光スキャナKにあっては、くびれ部49の周囲を囲むようにして角枠状のストッパ50が設けられており、ストッパ50によって弾性限界値以上の上下左右方向の振動を抑えることができるとともに軸心方向の弾性変形部3の大きな座屈も抑えることができる。このようにくびれ部49が形成されたストップ部41の周囲にストッパ50を設け、1つのストッパ50に揺れストッパ46の機能と抜けストッパ47の機能とを兼ね備えることにより、さらにストッパ50の構造を簡単にすることができると共に可動部5の周囲を広く解放することができる。
【0048】
これらの光スキャナJ、Kにあっても、図7及び図8に示す光スキャナE、Fと同様に可動部5の走査位置等を検出できる動作状況検出手段24を備えることができる。図15(a)(b)に示すものはそれぞれ、本発明のさらに別な実施例である光スキャナLを示す一部破断した拡大斜視図であって、光スキャナJに動作状況検出手段24を備えたものである。図15(a)に示すようにストップ部43上方の揺れストッパ46内面には反射型の光マイクロスイッチ51が備えられていて、光マイクロスイッチ51の出射部から出射された光信号はストップ部43によって反射され、反射された光信号は光マイクロスイッチ51の受光部により受光される。したがって、受光された光信号に応じた光マイクロスイッチ51の出力信号を検出することにより、ストップ部43すなわち可動部5の異常な振動を検知することができ、あるいは可動部5の走査状況を把握することができる。また、図15(b)に示すように、抜けストッパ47の内側面には弾性変形部3を挟んで対向する位置に透過型の光マイクロスイッチ52が上下に複数個備えられていて、光マイクロスイッチ52の出射部52aから出射された光信号はその一部が弾性変形部3によって遮られ、残る光信号が弾性変形部3を挟んで対向する位置に設けられた受光部(図示せず)により受光される。したがって、受光した光信号に応じた光マイクロスイッチ52の出力信号を検出することにより、弾性変形部3つまり可動部5の異常な振動を検知することができ、あるいは可動部5の走査状況を把握することができる。また、光スキャナKのストッパ50に反射型光マイクロスイッチ51及び/又は透過型マイクロスイッチ52を備えることにより可動部5の動作状況を検出することができる。
【0049】
もちろんこの光スキャナLにおいても、図9に示す光走査装置Gのように光マイクロスイッチ51、52の出力信号を信号処理部31によって信号処理を施し、可動部5の振動状況や光ビームαの走査状況を出力部32に表示させたりすることができる。また、図11に示す光走査装置Hのように光マイクロスイッチ51、52の出力信号に基づいて、駆動部38をフィードバック制御することも可能である。
【0050】
図16に示すものは、本発明のさらに別な実施例である光走査装置Mを示す斜視図であって、例えば図15に示す光スキャナLが、光源からの光ビームや可動部5によって反射された光ビームが遮られないようにしてケース52内に納められている。光スキャナLはゴムシートなどのダンパ36上に載置されており、ケース52内面にはゴムやプラスチックなど外部からの衝撃を吸収できるシート材が張り合わされている。ケース52全体をプラスチックなど衝撃を吸収できる材質で形成することとしてもよい。このように予めケース52内に納めておくことにより光走査装置Mの取扱いを簡単にし、光センサ装置やスキャナなどの符号読み取り情報装置などに容易に組み込むことができる。また、このように光スキャナLをダンパ36上に載置したり、衝撃を吸収できる材質をケース52内に張り合わせることにより、衝撃に強い光走査装置Mを提供することができる。
【0051】
さらに、図17に示す光走査装置Nにあってはケース52外部にねじ込み式やソケット式などの取り付け部54が設けられている。さらに、取り付け部54には振動子1の駆動源2に駆動部38からの駆動電圧を印加するための入力端子や可動部5の動作状況を示す出力信号を外部に取り出すための入出力端子などのコネクタ53が設けられている。このようにコネクタ53を設けておくことにより容易に配線作業を行なうことができ、光走査装置Nの実装時間の短縮や作業性を向上させることができる。また、容易に着脱可能な取り付け部54を設けてあるので、光走査装置Nの取り付け作業などの作業性をさらに向上させるとともに光センサ装置などへの取り付けを確実に行なうことができる。
【0052】
図18は本発明の光センサ装置Oの一実施例を示すブロック図である。この光センサ装置Oは、上記のような本発明の光走査装置61、半導体レーザ素子等の発光素子62とレンズのような光学素子63からなる光源、フォトダイオード等の受光素子64、発光素子62を駆動して光ビームαを出射させる駆動回路65、光走査装置の光スキャナ例えば本発明の光スキャナBを駆動する駆動回路66、受光素子64からの受光信号を電気的に処理する信号処理回路67および駆動回路65,66と信号処理回路67を制御する制御部68から構成されている。この光センサ装置Oにあっては、発光素子62から出射された光ビームαは光走査装置O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走査される。このとき検知領域内に物体69が存在すると、物体69で反射した光ビームαが受光素子64で検知される。そして、光ビームαを受光した受光素子64から出力される受光信号を信号処理回路67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69が存在するか否か、さらに物体69の形状等が検出される。
【0053】
図19に示すものは本発明の光センサ装置Pの他例であって、光ビームαの走査位置をモニターする光走査位置検知回路70を備えている。例えば、光走査位置検知回路70は、光走査装置61の動作状況位置検出手段24の出力信号をモニターすることによって光ビームαの走査位置(走査方向)を検出する。しかして、光走査位置検知回路70により受光素子64が受光した瞬間の光ビームαの走査位置を知れば、走査領域内の物体69の存在している位置が分かるので、物体69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。
【0054】
また、本発明の光走査装置61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72を読み取る用途に用いることにより、図20に示すように本発明の光走査装置61を用いた符号読み取り情報装置Qとして用いることができる。もっとも、受光素子64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67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68が符号情報72入力部を備えており、作業者などがバーコードラベル等の符号情報72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71から符号情報72の種類などが入力されると、符号情報72に応じて光走査装置61の光スキャナの走査速度が制御部68により制御される。
【0055】
図21は本発明のPOS(Point of Sales;販売時点管理)システムRを示す概略ブロック図である。このPOSシステムRは、1台もしくは2台以上のバーコードリーダ等の符号情報読み取り装置75を備えており、この符号情報読み取り装置75により物品に添付されている符号情報72を読み取る。また、コンピュータ76に付属している第1のメモリ部77には、各物品の物品名称、販売価格、在庫数等の商品情報が格納されている。そして、符号情報読み取り装置Rが物品の符号情報72を読み取ると、その符号情報72が第1のメモリ部77に保存されている商品情報と照合され、その商品情報のうち所定の情報が各符号情報読み取り装置Rと対になったディスプレイ装置78に表示されると共に第2のメモリ部79に格納される。第2のメモリ部79に格納された商品情報は必要に応じてプリンタ80によりプリントアウトされる。
【0056】
このような商品管理用や在庫管理用に用いられるPOSシステムRに本発明の光走査装置61を用いた符号情報読み取り装置Pを使用することにより、取扱い上の不注意などから符号情報読み取り装置Pを落とした場合にでも容易には壊れず、POSシステムRの信頼性を向上させることができる。
【0057】
ここで示したPOSシステムは、商店などに設置されるPOSシステムに有効であることはもちろんであるが、読み取りが確実になるので商品をベルトコンベアなどで搬送し自動で読み取りさせる無人のPOSシステムも可能となる。
【0058】
以上、外部からの衝撃や振動に強い光スキャナおよびその光スキャナを利用した光走査装置、さらにはその光走査装置を応用した光センサ装置や符号情報読み取り装置等について説明したが、ここで示した光走査装置の構成等は一例であって、図示したストッパや光スキャナあるいは光走査装置の構造や形状に限定されるものではない。
【0059】
【発明の効果】
本発明の光スキャナにあっては、可動部の可動領域を制限するためのストッパを設けているので、強い衝撃や振動が光スキャナに加わった場合でも、可動部の動きが制限される。このため、可動部が弾性変形部の弾性限界値を越えて動くことがなく、弾性変形部の塑性変形を防ぎ、弾性変形部の破損を防ぐことができる。したがって、光ビームの走査特性に影響を与えることがなく、耐衝撃性、耐振動性に強い光スキャナを提供することができる。
【0060】
また、光ビームを反射させるためのミラー面を可動部より小さくして、ミラー面以外の可動部においてストッパと接触させるようにしているので、ミラー面が劣化することなく、長期にわたり安定な光ビームを走査させることができる。
【0061】
また、可動部に開口した少なくとも1つの穴と、この穴に挿入した可動停止棒とからストッパを構成すれば、簡単にストッパを備えることができる。
【0064】
また、ストッパの少なくとも可動部とストッパとが接触する部分又は可動停止部とストッパとが接触する部分もしくは弾性変形部とストッパとが接触する部分について、跳ね返り係数の小さな材質によって構成すると、可動部又は可動停止部もしくは弾性変形部がストッパと接触した際の衝撃を緩和することができ、より効果的になる。
【0065】
さらに、これらのストッパに動作状況検出手段を設けてやると、走査位置を表示する表示器や強い衝撃や振動に対するアラームなどの機能を付加したり、光ビームの走査状況をフィードバック制御することができ、小型で耐衝撃性、耐振動性に強く、しかも高性能の光走査装置を提供することができる。
【0066】
また、本発明の光走査装置では光走査装置に加わった衝撃や振動が光スキャナに加わらないように、衝撃や振動を吸収するためのダンパを介しているので、光スキャナに加わる衝撃等を和らげ、衝撃等により振動子が駆動源から脱離したりするのを防ぎ、さらに衝撃や振動に強くすることができる。
【0067】
これらの光走査装置を用いることにより、光センサ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あるいはそれを用いたPOSシステムの機械的信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来例である光スキャナを示す概略斜視図である。
【図2】(a)(b)は、それぞれ本発明の一実施例である光スキャナを示す概略斜視図及びその一部破断した断面図である。
【図3】(a)(b)は、それぞれ振動子の上下方向の弾性限界値を示す説明図及び左右方向の弾性限界値を示す説明図である。
【図4】(a)(b)は、それぞれ本発明の別な実施例である光スキャナのストッパの構造を示す概略図である。
【図5】本発明のさらに別な実施例である光スキャナの振動子を示す一部破断した斜視図である。
【図6】本発明のさらに別な実施例である光スキャナのストッパの構造を示す概略図である。
【図7】本発明のさらに別な実施例である光スキャナの一部破断した断面図である。
【図8】本発明のさらに別な実施例である光スキャナの一部破断した断面図である。
【図9】本発明の一実施例である光走査装置を示す概略構成図である。
【図10】(a)(b)は、それぞれ同上の光走査装置における光スキャナの取り付け部の構造を示す斜視図及び断面図である。
【図11】本発明の別な実施例である光走査装置を示す概略構成図である。
【図12】本発明のさらに別な実施例である光スキャナを示す斜視図である。
【図13】(a)は本発明のさらに別な実施例である光スキャナを示す斜視図、(b)は同上の光スキャナを構成する振動子の斜視図である。
【図14】本発明のさらに別な実施例である光スキャナを示す一部破断した斜視図である。
【図15】(a)(b)はそれぞれ本発明のさらに別な実施例である光スキャナを一部破断した拡大斜視図である。
【図16】本発明のさらに別な実施例である光走査装置を示す斜視図である。
【図17】本発明のさらに別な実施例である光走査装置を示す斜視図である。
【図18】本発明による光センサ装置を示す概略ブロック図である。
【図19】本発明による光センサ装置の他例を示す概略ブロック図である。
【図20】本発明による符号情報読み取り装置を示す概略ブロック図である。
【図21】本発明によるPOSシステムを示す概略ブロック図である。
【符号の説明】
3 弾性変形部
5 可動部
6 ミラー面
11 ストッパ
14 開口部
22 ストップ穴
23 ストップ棒
31 信号処理部
32 出力部
43 ストップ部
46 揺れストッパ
47 抜けストッパ
49 くびれ部
【産業上の利用分野】
本発明は光スキャナ及び光走査装置並びに当該光走査装置を用いた符号情報読み取り装置及びPOSシステムに関する。具体的にいうと、本発明は、レーザビームプリンタ、バーコードスキャナ、ビーム走査方式のエリアセンサなどにおいて光を線状に走査させる光スキャナ及び光走査装置等に関する。
【0002】
【従来の技術】
出願人らは新規な原理に基づく小型で安価な光スキャナを開発しており、これらの光スキャナは特開平4−95917号において開示されている。図1に示すものはその一例を示す概略斜視図であって、光スキャナAは、薄板状の振動子1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2とから構成されている。振動子1は、図1に示すような形状をしており、少なくとも曲げ変形モードを有するトーションバー状の弾性変形部3の一端に振動入力部4を設け、他端に可動部5を設けたものであって、これらはシリコンウエハから一体として作成されている。可動部5は弾性変形部3の軸心Pに対してほぼ左右対称な形状となっており、その表面には表面加工されたミラー面6が形成されている。
【0003】
しかして、駆動源2より弾性変形部3の曲げ変形モードの共振周波数fBと等しい周波数の振動を振動入力部4へ印加すると、弾性変形部3が当該弾性変形モードで振動し、可動部5を曲げ方向(θB方向)に振動させ、可動部5を曲げ方向(θB方向)に回動させる。このとき可動部5のミラー面6に光ビームαが照射されていると、反射された光ビームαは可動部5の回動角の2倍の走査角で走査される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの光スキャナAにあっては外部から強い衝撃や振動を受けた場合、例えば光スキャナAが落下したり、駆動源2から予期しえない振動が入力されたりした場合などには、弾性変形部3の塑性変形や光スキャナAの各部、特に弾性変形部3の破損が生じていたため、所定の走査角が得られず、また光ビームαが走査されないなど光スキャナの走査特性に著しい変化を生じていた。
【0005】
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、外部からの激しい衝撃や振動に伴って生じるかかる走査特性の変化を防止することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の光スキャナは、少なくとも1つの弾性変形モードを有する幅が細い弾性変形部と、前記弾性変形部の一端に設けられ、印加された振動を前記弾性変形部に伝える振動入力部と、前記弾性変形部の他端に設けられ、前記弾性変形部より太い幅を持ち、前記弾性変形部の弾性変形モードに応じて回動する可動部と、前記可動部の少なくとも一方の表面に表面加工された、光ビームを反射するためのミラー面と、前記振動入力部に振動を印加する加振源を備えた光スキャナにおいて、前記弾性変形部の変形により前記可動部が変位する各方向に、前記可動部に当接して前記可動部の可動領域を制限して前記弾性変形部を保護するためのストッパを備えたことを特徴としている。
【0007】
このとき、前記ミラー面の面積が前記可動部の面積よりも小さく、前記ミラー面以外の部分において前記可動部と前記ストッパとが接触するようにすることができる。
【0008】
また、前記可動部を囲むように設けたストッパに、前記可動部のミラー面へ光源から出射させた光ビームを入射させ、前記ミラー面で反射された光ビームを通過させるための窓を設けることととしてもよい。
【0009】
さらに、前記可動部に開口した少なくとも1つの穴に挿入された可動停止棒からストッパを構成することができる。
【0012】
これらの光スキャナにあっては、少なくとも前記ストッパの前記可動部と接触する部分を跳ね返り係数の小さな材質により構成することとしてもよい。
【0013】
また、これらのストッパにあっては、前記可動部の動作状況を検出するための動作状況検出手段を備えることができる。
【0016】
さらに、本発明の光走査装置は、上記の光スキャナを備え、前記加振源を駆動することによって光ビームを走査させる光走査装置であって、当該光走査装置に加わった衝撃や振動が前記光スキャナに加わらないように、衝撃や振動を吸収するためのダンパを介して前記光スキャナを被実装部に実装したことを特徴としている。
【0018】
また、本発明の符号情報読み取り装置は、検知対象となる物体がバーコード、多段バーコード、マトリックス化された2次元コード等の符号情報を有する物体であって、上記光走査装置と、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、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走査装置により走査し、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光センサ装置を用いて前記符号情報を読み取るようにしたことを特徴としている。
【0019】
また、本発明のPOSシステムは、上記符号情報読み取り装置を少なくとも1台以上備え、物品に添付された符号情報を読み取り、その符号情報を予め外部の第1のメモリ部に保存されている物品名称や販売価格等の商品情報と照合し、その照合結果内容を外部に表示すると共に第2のメモリ部に格納させるようにしたことを特徴としている。
【0020】
【作用】
本発明の光スキャナにあっては、弾性変形部の変形により可動部が変位する各方向に、可動部の可動領域を制限するためのストッパを設けているので、当該光スキャナに強度の衝撃や振動が加わり、弾性変形部の弾性限界値を越えるような動き(振動)が可動部に生じた場合でもストッパによりその振動が抑えられる。このため、弾性変形部がいずれの方向においても塑性変形を生じたり、弾性変形部に破損を生じることがない。したがって、光スキャナの走査特性に変化を生じることがなく、耐衝撃性、耐振動性に強い光スキャナを提供することができる。
【0021】
また、光ビームを反射させるために設けたミラー面を可動部より小さくし、ミラー面以外の可動部においてストッパと接触させるようにしているので、可動部とストッパとの接触によりミラー面が傷つけられ、ミラー面が劣化することもない。このため、長期にわたり安定な光ビームを走査させることができる。
【0022】
また、光ビームを走査させるために、可動部を囲むように設けたストッパに光ビームを可動部のミラー面へ入射させ、ミラー面で反射された光ビームを通過させるための窓を設けてやればよい。
【0023】
また、可動部に開口した少なくとも1つの穴と、この穴に挿入した可動停止棒とからストッパを構成すれば、簡単にストッパを備えることができる。
【0026】
これらの光スキャナにおいて、ストッパの少なくとも可動部とストッパとが接触する部分や可動停止部とストッパと接触する部分あるいは弾性変形部とストッパとが接触する部分について、跳ね返り係数の小さな材質によって構成すると、可動部などがストッパと接触した際の衝撃を緩和することができ、より効果的に衝撃等から光スキャナを保護することができる。
【0027】
また、ストッパに可動部の動作状況を検出するための動作状況検出手段を備えているので、可動部の異常振動や走査位置を把握することができる。このため、走査位置を表示する表示器や強い衝撃や振動に対するアラームなどの機能を付加したり、光ビームの走査状況をフィードバック制御することができる。したがって、これらの光スキャナを用いることにより、小型で耐衝撃性、耐振動性に強く、しかも高性能の光走査装置を提供することができる。
【0028】
また、本発明の光走査装置にあっては光走査装置に加わった衝撃や振動が光スキャナに加わらないように、衝撃や振動を吸収するためのダンパを介しているので、光スキャナに加わる衝撃等を和らげ、衝撃等により振動子が駆動源から脱離したりするのを防ぎ、さらに衝撃や振動に強くすることができる。
【0029】
このように本発明にあっては、衝撃や振動に強い光走査装置を得ることができる。このような光走査装置を用いることにより、物体を形状を認識する光センサ装置やバーコード、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符号情報読み取り装置あるいはそれを用いたPOSシステム等の機械的信頼性を向上させることができる。
【0030】
【実施例】
図2(a)(b)に示すものは、それぞれ本発明による光スキャナBを示す斜視図及び一部破断した断面図である。光スキャナBは、薄板状の振動子1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2と振動子1を構成する可動部5の過度な振動を抑制するためのストッパ11とから構成されている。振動子1は、図1に示すような形状をしており、少なくとも曲げ変形モードを有するトーションバー状の弾性変形部3の一端に振動入力部4を設け、他端に可動部5を設けたものであって、これらはシリコンウエハから一体として作成されている。可動部5は弾性変形部3の軸心Pに対してほぼ左右対称な形状となっている。また、その表面には表面加工されたミラー面6が可動部5のほぼ全面に形成されている。
【0031】
支持部12により振動子1とほぼ平行に配設されたストッパ11側面に開口された貫通孔13に弾性変形部3が挿入されるとともにストッパ11内に可動部5が納められていて、ストッパ11は例えば図3(a)(b)に示すように可動部5の上下左右方向などその他すべての方向について、それぞれ弾性変形部3の弾性限界値内で可動部5が振動できるように、中空になったケース状に作成されている。もちろん、弾性限界値より小さい範囲内で振動できるようにストッパ11を作成してもよい。また、光源からの光ビームαがミラー面6へ入射して、ミラー面6で反射された光ビームαの出射を妨げられないように、ストッパ11には可動部5のミラー面6に対応して開口部14が設けられている。
【0032】
しかして、駆動源2から弾性変形部3の曲げ振動モードの共振周波数fBに等しい振動を振動入力部4へ印加すると、弾性変形部3が当該弾性変形モードで振動し、可動部5を曲げ方向(θB方向)に振動させ、可動部5を曲げ方向(θB方向)に回動させる。また、可動部5のミラー面6に開口部14から光ビームαが照射されると、反射された光ビームαは可動部5の回動角の2倍の走査角で走査される。このとき、外部から弾性変形部3の弾性限界値以上の振動を起こすような、例えば図3(a)に示すように可動部5の上下方向に衝撃や振動が加わったとしても、ストッパ11の上下内面に可動部5が接触して可動部5は停止させられ弾性限界値以上には振動しない。また、図3(b)に示すように可動部5の左右方向に衝撃や振動が加わったとしても、ストッパ11の左右内面に可動部5が接触して停止させられ可動部5は左右方向の弾性限界値以上には振動しない。このため振動子1の破損を防ぐことができ、弾性変形部3は塑性変形を起こすこともない。また、弾性変形部3の軸心P方向に弾性変形部3が撓んだとしても、ストッパ11によって撓みが制限され弾性変形部3は破損されることもない。したがって、このような光スキャナBにあっては、耐衝撃性、耐振動性が向上し、光ビームαの走査異常を生じることが少なくなる。
【0033】
本発明のストッパ11の材質は特に限定されないが、跳ね返り係数の十分小さな材質を用いると、可動部5がストッパ11に接触した際の衝撃が緩和できるのでより効果的である。例えばゴムシートやプラスチックなどを用いるのが好ましい。また、図示はしないが剛性のある材質でできたケースの内面をゴムシートなど跳ね返り係数の小さな材質で覆うことにしてもよい。
【0034】
また、図4(a)(b)に示すように剛性の材質からなるケース(図示せず)内に例えばバネ15や片持ち状の弾性梁16例えば板バネのような機械的に衝撃を吸収できるストッパ11を可動部5の上下左右方向に配置させることとしてもよい。
【0035】
図5に示すものは、本発明の別な実施例である光スキャナCの振動子1を一部破断した斜視図である。この可動部5の表面に設けられたミラー面6の周縁に接触部17が設けられている。図2に示す光スキャナBでは、可動部5の全面にミラー面6が形成されているので、可動部5がストッパ11の内面に接触してミラー面6に傷が付きミラー面6が荒れ、反射された光ビームαに劣化を生じる。そこで、このようにミラー面6の周縁に接触部17を設けてミラー面6が直接ストッパ11に接触しないようにすることにより、ミラー面6の荒れを防止し、長期の使用でも劣化の少ない反射された光ビームαを得ることができる。
【0036】
図6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Dのストッパ21の構造を示す概略図である。可動部5の左右両端の接触部17には、可動部5の軸心方向に長軸を有する長孔状のストップ穴22が開口されていて、ストップ穴22にはストップ棒23が挿入されている。この光スキャナDにあっては、強い衝撃や振動が加えられ、弾性変形部3の弾性限界値より大きな振動が与えられても、挿入されたストップ棒23がストップ穴22の内周面に接触し、可動部5の振動が制御させられることとなり、第1の実施例と同様に弾性変形部3の塑性変形が抑えられ、光ビームαの走査異常を少なくすることができる。このように、上記各実施例の光スキャナにあっては、強度な衝撃、振動による振動子1の破損や塑性変形を防止することができる。
【0037】
図7及び図8に示す光スキャナE、Fは、上記の光スキャナBに可動部5の走査位置や振動状況などを検出できる動作状況検出手段24を備えたものである。図7に示す光スキャナEにおいては、可動部5の下面にも鏡面加工を施してミラー面25を形成させてあって、ケース状のストッパ11の内面に発光ダイオード(LED)などの発光素子26と、ミラー面25で反射された光ビームβを受光する半導***置検出素子(PSD)等の受光素子27とが配設されている。しかして、駆動源2より弾性変形部3に印加された振動により可動部5が曲げ変形モードθBで振動すると、発光素子26から出射された光ビームβはミラー面25で反射されて走査され、反射された光ビームβは受光素子27で受光される。したがって、このとき受光素子27で受光した光ビームβの位置を検出することにより、可動部5の走査位置を知ることができる。もちろん、受光素子27で受光した受光信号を解析することにより、可動部5の振動状況を把握することも可能である。
【0038】
また、図8に示す光スキャナFにあっては、可動部5の下面に形成された可動電極28と、可動電極28と対向してケース状のストッパ11の内面に形成された固定電極29との間にコンデンサCが構成されている。しかして、駆動源2より弾性変形部3に印加された振動により可動部5が曲げ変形モードθBで振動すると、可動電極28と固定電極29との間の距離が変化し、コンデンサCの静電容量の大きさが変化する。したがって、このコンデンサCの静電容量を求めることにより、可動部5の走査位置や振動状況を知ることができる。
【0039】
図9に示すものは、本発明の一実施例であるバーコードリーダや光センサなどに用いられる光走査装置Gを示す概略構成図であって、図10(a)(b)に光走査装置Gにおける光スキャナの取り付け部の概略斜視図及び断面図を示す。光走査装置Gは、例えば図8に示すような動作状況検出手段24を備えた光スキャナEと動作状況検出手段24の出力信号を処理する信号処理部31と可動部5の走査位置や振動状況を検出して振動子1の動作状態を外部へ知らせるための機能を有する出力部32とから構成されている。この出力部32には、例えば可動部5に異常な衝撃や振動が加わった場合に警告をするアラーム33や光源から出射された光ビームαの走査角度を表示するためのLED34その他の表示器35を備えており、可動部5の振動状況や光ビームαの走査状況を表示したりすることができる。したがって、光走査装置Gの作動中に、異常な衝撃や振動が加わればアラーム33からの警報により光走査装置Gの作動を中止したり、LED34の表示によって光ビームの走査状況を目視により確認することができる。
【0040】
また、光スキャナEは図10に示すようにダンパ36によって周囲を囲まれた台座上37に装着されていて、ダンパ36によって外部からの衝撃や振動が吸収され、直接光スキャナEに衝撃等が加わるのを防ぐことができるものである。このため、光スキャナEの振動子1、特に弾性変形部3の破損やストッパ11の破損、また、振動子1の駆動源2からの脱離など光スキャナEの破損を防ぐことができる。このダンパ36の材質も特に問わないが、跳ね返り係数の十分小さなものであればよく、例えば、ゴムシート、綿などを用いることができる。さらに、ダンパ36はスプリングや片持ち状に配設された梁例えば板バネのような構造とすることもでき、スプリングや梁によって支持された台座37上に光スキャナEを取り付けることとしてもよい。
【0041】
このように各種の表示機能や警告機能を備え、操作性、利便性などに優れた高性能の光走査装置を提供することができる。
【0042】
また、図11に示すように、動作状況検出手段24から出力された出力信号を処理して、振動子1を振動させるための電圧を駆動源2に印加する駆動部38をフィードバック制御することのできる信号処理部39を設けた光走査装置Hとすることもできる。この光走査装置Hにあっては、光ビームαの走査状況を把握して、走査状況に応じて駆動源2を駆動することによりより一層安定した走査(走査角度)が可能となる。
【0043】
図12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Iを示す斜視図であって、光スキャナIが装着されるダンパ36上に可動部5の左右両側を挟むようにしてストッパ41が設けられている。なお、可動部5下面には可動部5が振動しやすいように重り部42が設けられている。このストッパ41は、可動部5先端の左右両側に設けられた翼状のストップ部43を納めるようにして側面コの字状の凹部44が設けられており、凹部44の内面はゴムシートやプラスチックなどの跳ね返り係数の十分小さな材質45で覆われている。ストッパ41全体を跳ね返り係数の十分小さな材質で形成することとしてもよく、ダンパ36と一体として形成することもできる。このストッパ41の凹部44は、弾性変形部3の弾性限界値以上に振動を生じさせないように形成されており、上下方向(X軸方向)に弾性限界値以上の振動が加わった場合には、ストップ部43の上面及びストップ部43の下面とストッパ41の上下内面が接触して可動部5が停止させられる。また、左右方向(Y軸方向)に弾性限界値以上の振動が加わった場合には、左右のストップ部43側端部とストッパ41の内側面とが接触して可動部5が停止させられる。さらに、軸心方向(Z軸方向)に弾性変形部3が座屈した場合には、ストップ部43の端部とストッパ41の内面が接触して可動部5が停止させられる。このようにして、衝撃などによる振動から光スキャナIを保護することができる。
【0044】
図13(a)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Jを示す斜視図であって、図13(b)に示すものはその光スキャナJの振動子1を示す斜視図である。可動部5の先端には上下左右方向の弾性限界値以上の振動を防ぐためのストップ部43が設けられており、可動部5の下面には重り部42が設けられている。光スキャナJを装着するダンパ36上には、ストップ部43を納めるように窪みや貫通孔のような空所48が設けられた揺れストッパ46が設けられている。したがって、可動部5の上下左右方向の弾性限界値以上の振動は、ストップ部43が揺れストッパ46内面に接触することによって制御されることになる。また、可動部5の幅よりも狭く、弾性変形部3の弾性変形を妨げないよう弾性変形部3の両側を挟むようにして抜けストッパ47が設けられている。したがって、弾性変形部3の軸心方向の座屈は、可動部5の端面が抜けストッパ47の背面に接触することによって制御される。
【0045】
この光スキャナJにあっては、上下左右方向の振動を防ぐ揺れストッパ46と軸心方向の座屈を防ぐ抜けストッパ47とに構成を分けたために、例えば図2に示す光スキャナBのようなストッパ11や図12に示す光スキャナJのストッパ41に比べて構造が簡単になり、ストッパの形状、部品数の削減を図ることができる。このため光スキャナや光走査装置の小型化や組立性の向上を図ることができ、コストの削減をすることができる。
【0046】
また、可動部5の先端にストップ部43と揺れストッパ46とを配置し、弾性変形部3の両側を挟むようにして抜けストッパ47を配置しているので、可動部5に入射する光ビーム及び可動部5で反射された光ビームαの光路を広くかつ容易に確保することもできる。したがって、このような光スキャナJを用いることにより、バーコードリーダや光センサ装置などの光走査装置における構造上の制約が少なくなり、簡単に光走査装置に応用することが可能になる。
【0047】
また、図14に示すものはさらに本発明の別な実施例である光スキャナKを示す一部破断した斜視図であって、可動部5先端に設けられたストップ部43にはくびれ部49が形成されている。この光スキャナKにあっては、くびれ部49の周囲を囲むようにして角枠状のストッパ50が設けられており、ストッパ50によって弾性限界値以上の上下左右方向の振動を抑えることができるとともに軸心方向の弾性変形部3の大きな座屈も抑えることができる。このようにくびれ部49が形成されたストップ部41の周囲にストッパ50を設け、1つのストッパ50に揺れストッパ46の機能と抜けストッパ47の機能とを兼ね備えることにより、さらにストッパ50の構造を簡単にすることができると共に可動部5の周囲を広く解放することができる。
【0048】
これらの光スキャナJ、Kにあっても、図7及び図8に示す光スキャナE、Fと同様に可動部5の走査位置等を検出できる動作状況検出手段24を備えることができる。図15(a)(b)に示すものはそれぞれ、本発明のさらに別な実施例である光スキャナLを示す一部破断した拡大斜視図であって、光スキャナJに動作状況検出手段24を備えたものである。図15(a)に示すようにストップ部43上方の揺れストッパ46内面には反射型の光マイクロスイッチ51が備えられていて、光マイクロスイッチ51の出射部から出射された光信号はストップ部43によって反射され、反射された光信号は光マイクロスイッチ51の受光部により受光される。したがって、受光された光信号に応じた光マイクロスイッチ51の出力信号を検出することにより、ストップ部43すなわち可動部5の異常な振動を検知することができ、あるいは可動部5の走査状況を把握することができる。また、図15(b)に示すように、抜けストッパ47の内側面には弾性変形部3を挟んで対向する位置に透過型の光マイクロスイッチ52が上下に複数個備えられていて、光マイクロスイッチ52の出射部52aから出射された光信号はその一部が弾性変形部3によって遮られ、残る光信号が弾性変形部3を挟んで対向する位置に設けられた受光部(図示せず)により受光される。したがって、受光した光信号に応じた光マイクロスイッチ52の出力信号を検出することにより、弾性変形部3つまり可動部5の異常な振動を検知することができ、あるいは可動部5の走査状況を把握することができる。また、光スキャナKのストッパ50に反射型光マイクロスイッチ51及び/又は透過型マイクロスイッチ52を備えることにより可動部5の動作状況を検出することができる。
【0049】
もちろんこの光スキャナLにおいても、図9に示す光走査装置Gのように光マイクロスイッチ51、52の出力信号を信号処理部31によって信号処理を施し、可動部5の振動状況や光ビームαの走査状況を出力部32に表示させたりすることができる。また、図11に示す光走査装置Hのように光マイクロスイッチ51、52の出力信号に基づいて、駆動部38をフィードバック制御することも可能である。
【0050】
図16に示すものは、本発明のさらに別な実施例である光走査装置Mを示す斜視図であって、例えば図15に示す光スキャナLが、光源からの光ビームや可動部5によって反射された光ビームが遮られないようにしてケース52内に納められている。光スキャナLはゴムシートなどのダンパ36上に載置されており、ケース52内面にはゴムやプラスチックなど外部からの衝撃を吸収できるシート材が張り合わされている。ケース52全体をプラスチックなど衝撃を吸収できる材質で形成することとしてもよい。このように予めケース52内に納めておくことにより光走査装置Mの取扱いを簡単にし、光センサ装置やスキャナなどの符号読み取り情報装置などに容易に組み込むことができる。また、このように光スキャナLをダンパ36上に載置したり、衝撃を吸収できる材質をケース52内に張り合わせることにより、衝撃に強い光走査装置Mを提供することができる。
【0051】
さらに、図17に示す光走査装置Nにあってはケース52外部にねじ込み式やソケット式などの取り付け部54が設けられている。さらに、取り付け部54には振動子1の駆動源2に駆動部38からの駆動電圧を印加するための入力端子や可動部5の動作状況を示す出力信号を外部に取り出すための入出力端子などのコネクタ53が設けられている。このようにコネクタ53を設けておくことにより容易に配線作業を行なうことができ、光走査装置Nの実装時間の短縮や作業性を向上させることができる。また、容易に着脱可能な取り付け部54を設けてあるので、光走査装置Nの取り付け作業などの作業性をさらに向上させるとともに光センサ装置などへの取り付けを確実に行なうことができる。
【0052】
図18は本発明の光センサ装置Oの一実施例を示すブロック図である。この光センサ装置Oは、上記のような本発明の光走査装置61、半導体レーザ素子等の発光素子62とレンズのような光学素子63からなる光源、フォトダイオード等の受光素子64、発光素子62を駆動して光ビームαを出射させる駆動回路65、光走査装置の光スキャナ例えば本発明の光スキャナBを駆動する駆動回路66、受光素子64からの受光信号を電気的に処理する信号処理回路67および駆動回路65,66と信号処理回路67を制御する制御部68から構成されている。この光センサ装置Oにあっては、発光素子62から出射された光ビームαは光走査装置O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走査される。このとき検知領域内に物体69が存在すると、物体69で反射した光ビームαが受光素子64で検知される。そして、光ビームαを受光した受光素子64から出力される受光信号を信号処理回路67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69が存在するか否か、さらに物体69の形状等が検出される。
【0053】
図19に示すものは本発明の光センサ装置Pの他例であって、光ビームαの走査位置をモニターする光走査位置検知回路70を備えている。例えば、光走査位置検知回路70は、光走査装置61の動作状況位置検出手段24の出力信号をモニターすることによって光ビームαの走査位置(走査方向)を検出する。しかして、光走査位置検知回路70により受光素子64が受光した瞬間の光ビームαの走査位置を知れば、走査領域内の物体69の存在している位置が分かるので、物体69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。
【0054】
また、本発明の光走査装置61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72を読み取る用途に用いることにより、図20に示すように本発明の光走査装置61を用いた符号読み取り情報装置Qとして用いることができる。もっとも、受光素子64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67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68が符号情報72入力部を備えており、作業者などがバーコードラベル等の符号情報72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71から符号情報72の種類などが入力されると、符号情報72に応じて光走査装置61の光スキャナの走査速度が制御部68により制御される。
【0055】
図21は本発明のPOS(Point of Sales;販売時点管理)システムRを示す概略ブロック図である。このPOSシステムRは、1台もしくは2台以上のバーコードリーダ等の符号情報読み取り装置75を備えており、この符号情報読み取り装置75により物品に添付されている符号情報72を読み取る。また、コンピュータ76に付属している第1のメモリ部77には、各物品の物品名称、販売価格、在庫数等の商品情報が格納されている。そして、符号情報読み取り装置Rが物品の符号情報72を読み取ると、その符号情報72が第1のメモリ部77に保存されている商品情報と照合され、その商品情報のうち所定の情報が各符号情報読み取り装置Rと対になったディスプレイ装置78に表示されると共に第2のメモリ部79に格納される。第2のメモリ部79に格納された商品情報は必要に応じてプリンタ80によりプリントアウトされる。
【0056】
このような商品管理用や在庫管理用に用いられるPOSシステムRに本発明の光走査装置61を用いた符号情報読み取り装置Pを使用することにより、取扱い上の不注意などから符号情報読み取り装置Pを落とした場合にでも容易には壊れず、POSシステムRの信頼性を向上させることができる。
【0057】
ここで示したPOSシステムは、商店などに設置されるPOSシステムに有効であることはもちろんであるが、読み取りが確実になるので商品をベルトコンベアなどで搬送し自動で読み取りさせる無人のPOSシステムも可能となる。
【0058】
以上、外部からの衝撃や振動に強い光スキャナおよびその光スキャナを利用した光走査装置、さらにはその光走査装置を応用した光センサ装置や符号情報読み取り装置等について説明したが、ここで示した光走査装置の構成等は一例であって、図示したストッパや光スキャナあるいは光走査装置の構造や形状に限定されるものではない。
【0059】
【発明の効果】
本発明の光スキャナにあっては、可動部の可動領域を制限するためのストッパを設けているので、強い衝撃や振動が光スキャナに加わった場合でも、可動部の動きが制限される。このため、可動部が弾性変形部の弾性限界値を越えて動くことがなく、弾性変形部の塑性変形を防ぎ、弾性変形部の破損を防ぐことができる。したがって、光ビームの走査特性に影響を与えることがなく、耐衝撃性、耐振動性に強い光スキャナを提供することができる。
【0060】
また、光ビームを反射させるためのミラー面を可動部より小さくして、ミラー面以外の可動部においてストッパと接触させるようにしているので、ミラー面が劣化することなく、長期にわたり安定な光ビームを走査させることができる。
【0061】
また、可動部に開口した少なくとも1つの穴と、この穴に挿入した可動停止棒とからストッパを構成すれば、簡単にストッパを備えることができる。
【0064】
また、ストッパの少なくとも可動部とストッパとが接触する部分又は可動停止部とストッパとが接触する部分もしくは弾性変形部とストッパとが接触する部分について、跳ね返り係数の小さな材質によって構成すると、可動部又は可動停止部もしくは弾性変形部がストッパと接触した際の衝撃を緩和することができ、より効果的になる。
【0065】
さらに、これらのストッパに動作状況検出手段を設けてやると、走査位置を表示する表示器や強い衝撃や振動に対するアラームなどの機能を付加したり、光ビームの走査状況をフィードバック制御することができ、小型で耐衝撃性、耐振動性に強く、しかも高性能の光走査装置を提供することができる。
【0066】
また、本発明の光走査装置では光走査装置に加わった衝撃や振動が光スキャナに加わらないように、衝撃や振動を吸収するためのダンパを介しているので、光スキャナに加わる衝撃等を和らげ、衝撃等により振動子が駆動源から脱離したりするのを防ぎ、さらに衝撃や振動に強くすることができる。
【0067】
これらの光走査装置を用いることにより、光センサ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あるいはそれを用いたPOSシステムの機械的信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来例である光スキャナを示す概略斜視図である。
【図2】(a)(b)は、それぞれ本発明の一実施例である光スキャナを示す概略斜視図及びその一部破断した断面図である。
【図3】(a)(b)は、それぞれ振動子の上下方向の弾性限界値を示す説明図及び左右方向の弾性限界値を示す説明図である。
【図4】(a)(b)は、それぞれ本発明の別な実施例である光スキャナのストッパの構造を示す概略図である。
【図5】本発明のさらに別な実施例である光スキャナの振動子を示す一部破断した斜視図である。
【図6】本発明のさらに別な実施例である光スキャナのストッパの構造を示す概略図である。
【図7】本発明のさらに別な実施例である光スキャナの一部破断した断面図である。
【図8】本発明のさらに別な実施例である光スキャナの一部破断した断面図である。
【図9】本発明の一実施例である光走査装置を示す概略構成図である。
【図10】(a)(b)は、それぞれ同上の光走査装置における光スキャナの取り付け部の構造を示す斜視図及び断面図である。
【図11】本発明の別な実施例である光走査装置を示す概略構成図である。
【図12】本発明のさらに別な実施例である光スキャナを示す斜視図である。
【図13】(a)は本発明のさらに別な実施例である光スキャナを示す斜視図、(b)は同上の光スキャナを構成する振動子の斜視図である。
【図14】本発明のさらに別な実施例である光スキャナを示す一部破断した斜視図である。
【図15】(a)(b)はそれぞれ本発明のさらに別な実施例である光スキャナを一部破断した拡大斜視図である。
【図16】本発明のさらに別な実施例である光走査装置を示す斜視図である。
【図17】本発明のさらに別な実施例である光走査装置を示す斜視図である。
【図18】本発明による光センサ装置を示す概略ブロック図である。
【図19】本発明による光センサ装置の他例を示す概略ブロック図である。
【図20】本発明による符号情報読み取り装置を示す概略ブロック図である。
【図21】本発明によるPOSシステムを示す概略ブロック図である。
【符号の説明】
3 弾性変形部
5 可動部
6 ミラー面
11 ストッパ
14 開口部
22 ストップ穴
23 ストップ棒
31 信号処理部
32 出力部
43 ストップ部
46 揺れストッパ
47 抜けストッパ
49 くびれ部
Claims (9)
- 少なくとも1つの弾性変形モードを有する幅が細い弾性変形部と、
前記弾性変形部の一端に設けられ、印加された振動を前記弾性変形部に伝える振動入力部と、
前記弾性変形部の他端に設けられ、前記弾性変形部より太い幅を持ち、前記弾性変形部の弾性変形モードに応じて回動する可動部と、
前記可動部の少なくとも一方の表面に表面加工された、光ビームを反射するためのミラー面と、
前記振動入力部に振動を印加する加振源を備えた光スキャナにおいて、
前記弾性変形部の変形により前記可動部が変位する各方向に、前記可動部に当接して前記可動部の可動領域を制限して前記弾性変形部を保護するためのストッパを備えたことを特徴とする光スキャナ。 - 前記ミラー面の面積が前記可動部の面積よりも小さく、前記可動部が前記ミラー面以外の部分において前記ストッパと接触するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の光スキャナ。
- 前記可動部を囲むように設けたストッパに、前記可動部のミラー面へ光源から出射させた光ビームを入射させ、前記ミラー面で反射された光ビームを通過させるための窓を設けたことを特徴とする請求項1又は2に記載の光スキャナ。
- 前記ストッパは、前記可動部に開口した少なくとも1つの穴に挿入された可動停止棒からなることを特徴とする請求項1又は2に記載の光スキャナ。
- 少なくとも前記ストッパの前記可動部と接触する部分が、跳ね返り係数の小さな材質により構成されていることを特徴とする請求項1、2、3又は4に記載の光スキャナ。
- 前記ストッパに、前記可動部の動作状況を検出するための動作状況検出手段を備えた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。
- 請求項1、2、3、4、5又は6に記載の光スキャナを備え、前記加振源を駆動することによって光ビームを走査させる光走査装置であって、
衝撃や振動を吸収するためのダンパを介して前記光スキャナを被実装部に実装したことを特徴とする光走査装置。 - 検知対象となる物体がバーコード、多段バーコード、マトリックス化された2次元コード等の符号情報を有する物体であって、
請求項7に記載の光走査装置と、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、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走査装置により走査し、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光センサ装置を用いて前記符号情報を読み取るようにしたことを特徴とする符号情報読み取り装置。 - 請求項8に記載の符号情報読み取り装置を少なくとも1台以上備え、物品に添付された符号情報を読み取り、その符号情報を予め外部の第1のメモリ部に保存されている物品名称や販売価格等の商品情報と照合し、その照合結果内容を外部に表示すると共に第2のメモリ部に格納させるようにしたことを特徴とするPOSシステム。
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