光走査装置及び光学パターン読取装置
【課題】走査角が大きくなっても、走査対象とビームウエストの位置とのずれを抑制すること。
【解決手段】レーザ光を出力する光源と、該光源からのレーザ光を反射して周期的に走査させる走査手段と、を備えた光走査装置であって、前記走査手段が、レーザ光を反射するミラー部と、一走査中、仮想平面上を前記レーザ光のビームウエスト位置が移動するよう、前記ミラー部の曲率を走査周期の１／２周期で変化させる駆動手段と、を備えたことを特徴とする。
【解決手段】レーザ光を出力する光源と、該光源からのレーザ光を反射して周期的に走査させる走査手段と、を備えた光走査装置であって、前記走査手段が、レーザ光を反射するミラー部と、一走査中、仮想平面上を前記レーザ光のビームウエスト位置が移動するよう、前記ミラー部の曲率を走査周期の１／２周期で変化させる駆動手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置及び光学パターン読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、バーコードに代表される光学パターンの読取装置として、レーザ方式やＣＣＤラインセンサを用いた方式、２次元バーコードも読み取り可能なＣＭＯＳセンサを用いた方式などが実用化されている。このうちレーザー方式は、光走査装置によりレーザ光を走査して反射光強度の時間変化を検出するものであり、コスト的なメリットが比較的大きい。
【０００３】
近年、レーザ方式以外のＣＣＤ方式などで読み取り率（読み取りの成功率）が向上し、またデータ量増加に伴って光学パターンが幅広化している。このため、レーザ方式にも読み取り率の向上、光学パターンの幅広化への対応が求められている。
【０００４】
レーザ方式で読み取り率を上げるものとしては、可変焦点ミラーを用いた方法が提案されている（例えば特許文献１）。この方法は、レーザ光の走査周期よりも長い周期で可変焦点ミラーの曲率を変化させ、レーザ光のビームウエストの位置を周期的に変化させるものである。走査毎に焦点距離を変えた走査を連続的に行うことで読み取り可能な範囲を拡大し、読み取り率を向上することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７-１２１６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
レーザー方式で用いられる光走査装置は、一般に、レーザ光を出射するミラーを周期的に揺動させてレーザ光を走査させる。バーコードのように平面的な走査対象を走査する場合、走査対象の中央部と端部とではミラーからの距離が異なる。幅広のバーコードを読み取る場合や、至近距離で走査対象を走査する場合のように走査角が大きくなると、走査対象の中央部と端部とではミラーからの距離が顕著に異なってくる。一方、レーザ光のビームウエストの位置は円弧状の軌跡を描くことから、走査角が大きくなると、一走査において走査対象の部位によってビームウエストの位置と走査対象との位置ずれが大きくなり、読み取り率が低下する。
【０００７】
本発明の目的は、走査角が大きくなっても、走査対象とビームウエストの位置とのずれを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、レーザ光を出力する光源と、該光源からのレーザ光を反射して周期的に走査させる走査手段と、を備えた光走査装置であって、前記走査手段が、レーザ光を反射するミラー部と、一走査中、仮想平面上を前記レーザ光のビームウエスト位置が移動するよう、前記ミラー部の曲率を走査周期の１／２周期で変化させる駆動手段と、を備えたことを特徴とする光走査装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、走査角が大きくなっても、走査対象とビームウエストの位置とのずれを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る光学パターン読取装置の概略図。
【図２】走査ユニットの概略図。
【図３】（Ａ）はミラー部周辺の構成の斜視図、（Ｂ）は分解斜視図。
【図４】（Ａ）は従来の問題点の説明図、（Ｂ）はビームウエスト位置の移動軌跡の説明図、（Ｃ）はミラー部の曲率変化の例を示す図。
【図５】（Ａ）乃至（Ｄ）は制御信号の説明図。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は仮想平面を移動させる方法の説明図。
【図７】（Ａ）乃至（Ｃ）は仮想平面を傾斜させる方法の説明図。
【図８】（Ａ）及び（Ｂ）は揺動ユニットの他の例の説明図。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は圧電素子の他の配置例の説明図。
【図１０】（Ａ）乃至（Ｃ）はミラー部を円弧形状とした例の説明図。
【図１１】曲率が可変のミラー部と、出射用のミラー部とを別構成とした例の説明図。
【図１２】本発明の別実施形態に係る光学パターン読取装置の概略図。
【図１３】（Ａ）及び（Ｂ）は図１２の例の走査ユニットの概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜第１実施形態＞
図１は本発明の一実施形態に係る光学パターン読取装置Ａの概略図である。読取装置Ａは、光走査装置Ｂ、光学系３、受光センサ４及びこれらを収容したケース５を備える。同図の例では光学系３は集光レンズであり、受光センサ４はフォトセンサである。光走査装置Ｂはレーザ光を出力する光源２と、光源２からのレーザ光を反射して周期的に走査させる走査ユニット１と、を備える。走査対象である光学パターンＴは例えばバーコードである。
【００１２】
読取装置Ａは、光源２から不図示のコリメータレンズを通して射出されたレーザー光を、光走査装置１により窓部５ａを介して出射して光学パターンＴ上で走査し、光学パターンＴからの散乱光が窓部５ａ及び光学系３を通して受光センサ４で検出される構成になっている。そして、不図示の信号処理回路及びデコーダにより、受光センサ４の出力の時系列変化から光学パターンＴの読み取り信号を検出し、デコード出力を行う。これにより、光学パターンＴにより示される情報のデータが出力されることになる。
【００１３】
次に、走査ユニット１の構成について図２及び図３を参照して説明する。図２は走査ユニット１の概略図、図３はミラー部１１周辺の構成を示し、図３（Ａ)はその斜視図、図３（Ｂ）はその分解斜視図である。
【００１４】
走査ユニット１は、光源２からのレーザ光を反射して光学パターンＴへ向けて出射するためのミラー部１１と、ミラー部１１の曲率を変化させる駆動ユニット１２と、ミラー部１１を揺動させる揺動ユニット１３と、を備える。
【００１５】
ミラー部１１は、板状の基部１１１と、その表面に形成された鏡面１１２と、を備える。基部１１１はミラー部１１の曲率を可変とすべく、弾性を有する金属材料が好ましい。本実施形態の場合、基部１１１は後述する他の構成と共に基材ＢＰに一体的に形成されている。
【００１６】
本実施形態では基部１１１の表面に反射膜を設けて鏡面１１２を形成しているが、基部１１１の材料の表面を鏡面１１２とすることも可能である。鏡面１１２を反射膜により形成する場合、Au、Ag、Al等の蒸着膜で形成することができ、必要に応じて増反射膜が形成される。
【００１７】
駆動ユニット１２は、基部１１１の裏面に配設された圧電素子１２１と、圧電素子１２１の駆動信号を生成する駆動回路１２２と、を備える。圧電素子１２１は駆動回路１２２からの駆動信号によって伸縮する。圧電素子１２１によって基部１１１の裏面に基部１１１を曲げ変形させる変形力が付勢され、ミラー部１１の曲率が変化する。これによりミラー部１１は可変焦点ミラーとして機能する。
【００１８】
本実施形態の場合、ミラー部１１の曲率を変化させるデバイスとして圧電素子１２１を採用したが他のデバイスを採用してもよい。しかし、圧電素子１２１の採用と、基部１１１の裏面への圧電素子１２１の配設とにより、ミラー部１１をより小型化された可変焦点ミラーとすることができる。
【００１９】
圧電素子２１は、変位量の大きいチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）が好ましいが、特に限定されるものではなく、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸鉛等、圧電特性を有する材料であれば良い。圧電素子２１は焼結体の素子の接着や直接成膜によって形成される。焼結体の積層構造を持つ圧電素子は変位量が大きく非常に優れた特性を有するが、接着部分の耐久性を考慮すると基部１１１への直接成膜が好ましい。
【００２０】
その中でも、成膜レートが高く膜質の良い厚膜形成が容易なエアロゾルディポジション法やガスデポジション法を用いるのが好ましい。圧電材料にPZTを用い、基部１１１として金属材料を用いる場合には、圧電特性を向上させるために、鉛の拡散を防止する中間層の形成、及び、熱処理温度をできるだけ高くするために金属材料として耐熱性の高い材料を用いるのが好ましく、この点でも500℃〜600℃程度で時効硬化処理を行うCo-Ni基合金は最適である。
【００２１】
駆動回路１２２は、電気信号である駆動信号を圧電素子１２１に供給する。駆動回路１２２は周期的に変化する電気信号を出力可能であればどのような回路構成であってもよい。本実施形態の場合、基材ＢＰが圧電素子１２１の電極及び配線の一方を兼ねており、駆動回路１２２は圧電素子１２１と基材ＢＰとに電気的に接続されている。
【００２２】
揺動ユニット１３は、揺動部１３１と、捻り軸１３２と、一対の連結部１３３、１３３と、磁石１３４、１３４と、駆動コイル１３５と、駆動回路１３６と、を備える。揺動部１３１、捻り軸１３２、及び、一対の連結部１３３は、上述した基部１１１と共に基材ＢＰに一体的に形成されている。これらの一部は別体とすることも可能であるが、耐久性、製造工程の簡略化、低コスト化の観点からは一体構造が望ましい。
【００２３】
基材ＢＰは、金属材料やシリコンウエハの他、セラミック基板などの板材から形成でき、その形状は、エッチング、プレス加工、レーザー加工、ワイヤ放電加工等で形成できる。耐衝撃性の観点から容易には破断しない金属材料が好ましく、繰り返し耐久性の高いSUS301やSUS631等のステンレスや銅合金、Co-Ni基合金などが好ましい。その中でも特にCo-Ni基合金は特に疲労限が高く、好適である。
【００２４】
捻じり軸１３２の下端は固定され、上端は揺動部１３１に接続されている。揺動部１３１の表裏面には、それぞれ磁石１３４、１３４が固着されている。磁石１３４、１３４の材質は特に限定されるものではないが、慣性モーメントを小さくするために出来るだけ小型で磁力の強いものが好ましく、磁力の強いNd-Fe-B系磁石やSm-Co系磁石等や、小型形状形成が可能な加工性に優れたFe-Cr-Co系磁石などが好適である。
【００２５】
駆動コイル１３５には駆動回路１３６には走査周期に応じた周波数の電気信号である駆動信号が供給される。駆動回路１３６は周期的に変化する電気信号を出力可能であればどのような回路構成であってもよい。この駆動信号により駆動コイル１３５から発生する磁界によって、磁石１３４、１３４を介して揺動部１３１に揺動力が付勢され、捻り軸１３２に捻り振動が生じて、捻り軸１３２の軸線を揺動中心Ｌ１として揺動部１３１が揺動する。
【００２６】
ミラー部１１の基部１１１は一対の連結部１３３、１３３を介して揺動部１３１に接続されていることから、ミラー部１１も揺動中心Ｌ１周りに揺動することになる。こうしてミラー部１１の向きが周期的に変化して所定の走査周期でレーザ光を走査することができる。
【００２７】
本実施形態の場合、一対の連結部１３３、１３３により基部１１１と揺動部１３１とを連結したため、１つの連結部で連結する場合よりも、基部１１１がその法線方向周りに揺動して異常振動を生じる事態を回避することができる。更に本実施形態の場合、一対の連結部１３３が揺動中心Ｌ１から等距離に位置し、基部１１１と連結部１３３との接続点間の距離が、基部１１１の幅の約１／√３に設定されている。このため、ミラー部１１の曲率変化や揺動に際して、その重心位置が、法線方向に移動しにくく、異常振動が発生することを防止できる。
【００２８】
なお、本実施形態では、ミラー部１１を揺動するための構成として磁石と駆動コイルとの磁力を利用した構成を採用したが、これに限られず、種々の構成を採用可能である。
【００２９】
次に、係る構成からなる走査ユニット１の動作例について説明する。本実施形態では、駆動ユニット１２によって、ミラー部１１から出射されるレーザ光のビームウエスト位置が、一走査中、仮想平面上を移動するよう、ミラー部１１の曲率を走査周期の１／２周期で変化させる。これにより走査角が大きくなっても、光学パターンＴとビームウエスト位置とのずれを抑制することができる。以下、図４を参照して説明する。
【００３０】
図４（Ａ）は従来の問題点の説明図であり、ミラー部１１の曲率を固定して走査角θの範囲でミラー部１１を揺動させている。ビームウエスト位置は、ミラー部１１から距離Ｒの位置にあり、その軌跡Ｌ２は円弧形状をなす。ミラー部１１と光学パターンＴとの距離が近い場合や、光学パターンＴが幅広で走査角θを大きくとる必要がある場合、光学パターンＴとビームウエスト位置とのずれが大きくなる部位が生じる。同図の例では光学パターンＴの端部でずれが大きくなっている。
【００３１】
図４（Ｂ）は本実施形態におけるビームウエスト位置の移動軌跡の説明図、図４（Ｃ）はミラー部１１の曲率変化の例を示す図である。図４（Ｂ）に示すように、本実施形態ではミラー部１１からビームウエスト位置までの距離をＲ１、Ｒ２、Ｒ３（この例ではＲ３＝Ｒ１）とミラー部１１の向きに応じて変化させることで、仮想平面Ｒ上をビームウエスト位置が移動するようにする。
【００３２】
ビームウエスト位置はミラー部１１の曲率を変化させることにより変化させる。図４（ｃ）において、状態ＳＴ（Ｒ１)乃至ＳＴ（Ｒ３)は、図４（Ｂ）に対応しており、状態ＳＴ（Ｒ１)は、ミラー部１１からビームウエスト位置までの距離がＲ１の場合、状態ＳＴ（Ｒ２)は該距離がＲ２の場合、状態ＳＴ（Ｒ３）は該距離がＲ３の場合のミラー部１１の向き及び曲率を示している。
【００３３】
距離Ｒ２が最も短いため、状態ＳＴ（Ｒ２)の場合のミラー部１１の曲率が最も大きい。状態ＳＴ（Ｒ１)、ＳＴ（Ｒ３)では状態ＳＴ（Ｒ２）の場合に比べてミラー部１１の曲率が小さくなっている。状態ＳＴ（Ｒ１)、ＳＴ（Ｒ３)において、破線は比較のために状態ＳＴ（Ｒ２）の曲率のミラー部１１を併記したものである。
【００３４】
こうして本実施形態では、ミラー部１１から出射されるレーザ光のビームウエスト位置が、一走査中、仮想平面上を移動するよう、ミラー部１１の曲率を走査周期の１／２周期で変化させ、走査角が大きくなっても、光学パターンＴとビームウエスト位置とのずれを抑制することができる。この結果、走査中央と走査端でビームウエストを常に光学パターン上に位置させることが可能となり、読み取り分解能を向上させ、高精細の光学パターンでも読み取り率を向上させることができる
図５（Ａ）は、駆動コイル１３５への駆動信号の例を、図５（Ｂ)は圧電素子１２１への駆動信号の例をそれぞれ示している。図５（Ａ）に示す駆動コイル１３５への駆動信号は走査周期に応じた周波数を有し、図５（Ｂ)に示す圧電素子１２１への駆動信号は走査その２倍の周波数を有している。圧電素子１２１への駆動信号の振幅は仮想平面Ｓの平面度に影響し、ピーク値はミラー部１１から仮想平面Ｓまでの距離に影響する。
【００３５】
以下、他の実施形態について説明するが、各実施形態は適宜組合せ可能である。
【００３６】
＜第２実施形態＞
図５（Ｂ）の例の場合、ミラー部１１に対する仮想平面Ｓの位置が固定される。読取精度を向上するためには仮想平面Ｓがミラー部１１に対して移動（平行移動）することが好ましい。そこで、ミラー部１１の曲率を走査周期の１／２周期で変化させると共に、仮想平面が周期的に移動するよう、ミラー部１１の曲率を走査周期よりも長い周期で変化させる。図５（Ｄ）はこの場合の圧電素子１２１への駆動信号の例を示しており、図５（Ｂ）の駆動信号の波形と図５（Ｃ)の駆動信号の波形とを重畳した波形の駆動信号である。
【００３７】
図５（Ｃ）の駆動信号は、図５（Ａ)に示した走査用の制御信号の周波数よりも低い周波数を有しており、低いほど（周期が長いほど）仮想平面Ｓの移動速度が遅くなり、その結果、読取精度を向上できる。図５（Ｃ）の駆動信号を利用した場合を図６を参照して説明する。図６（Ａ）及び（Ｂ）は仮想平面Ｓを移動させる方法の説明図であり、図６（Ａ）はビームウエスト位置の移動軌跡の説明図、図６（Ｂ）ミラー部１１の曲率変化の例を示す図である。
【００３８】
図５（Ｃ）の駆動信号を採用した場合、図６（Ａ）に示すように、１走査中のミラー部１１からビームウエスト位置までの距離の変化（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３（この例ではＲ３＝Ｒ１））に加えて、走査毎の変化（Ｒ１⇔Ｒ１’、Ｒ２⇔Ｒ２’、Ｒ３⇔Ｒ３’（この例ではＲ３’＝Ｒ１’））が加わるので仮想平面がＳ１とＳ２との間を移動する。この結果、その間に存する光学パターンＴの読み取り率を向上させることができる。
【００３９】
図４（Ｂ）及び（Ｃ）の場合と同様、図６（Ｂ）において、状態ＳＴ（Ｒ１)乃至ＳＴ（Ｒ３)、状態ＳＴ（Ｒ１’)乃至ＳＴ（Ｒ３’)は、図６（Ａ）に対応しており、状態ＳＴ（Ｒ１)は、ミラー部１１からビームウエスト位置までの距離がＲ１の場合、状態ＳＴ（Ｒ２)は該距離がＲ２の場合、状態ＳＴ（Ｒ３）は該距離がＲ３の場合、状態ＳＴ（Ｒ１’)は、ミラー部１１からビームウエスト位置までの距離がＲ１’の場合、状態ＳＴ（Ｒ２’)は該距離がＲ２’の場合、状態ＳＴ（Ｒ３’）は該距離がＲ３’の場合のミラー部１１の向き及び曲率を示している。
【００４０】
状態ＳＴ（Ｒ１)乃至ＳＴ（Ｒ３)は仮想平面がＳ１である場合、状態ＳＴ（Ｒ１’)乃至ＳＴ（Ｒ３’)は仮想平面がＳ２である場合である。仮想平面Ｓ２の方が仮想平面Ｓ１よりもミラー部１１から遠いので、全体的に状態ＳＴ（Ｒ１’)乃至ＳＴ（Ｒ３’)の場合の方が曲率が小さくなっている。なお、状態ＳＴ（Ｒ１)、ＳＴ（Ｒ３)において、破線は比較のために状態ＳＴ（Ｒ２）の曲率のミラー部１１を併記したものであり、状態ＳＴ（Ｒ１’)、ＳＴ（Ｒ３’)において、破線は比較のために状態ＳＴ（Ｒ２’）の曲率のミラー部１１を併記したものである。
【００４１】
＜第３実施形態＞
圧電素子１２１への駆動信号の振幅や、ピーク値を周期的に変化させることで、仮想平面Ｓを周期的に傾斜することも可能である。図７（Ａ）及び（Ｂ）は仮想平面の傾斜例を示し、図７（Ａ）は走査端を中心として仮想平面Ｓ１とＳ２との間で周期的に傾斜する例、図７（Ｂ)は走査中心を中心として仮想平面Ｓ１とＳ２との間で周期的に傾斜する例を示す。また、図７（Ｄ)は図７（Ａ）の場合の、圧電素子１２１への駆動信号の例を示しており、図７（Ｃ）に示す駆動コイル１３５への駆動信号の２倍の周波数としながら、駆動信号の振幅や、ピーク値を周期的に変化させている。
【００４２】
仮想平面Ｓを周期的に傾斜することで、ミラー部１１に対して光学パターンＴが正対していなくても、その読み取り率を向上できる。なお、本実施形態と上記第２実施形態とを組み合わせると、仮想平面を移動しながら傾斜することが可能となる。
【００４３】
＜第４実施形態＞
本実施形態は揺動ユニット１３の他の構成例を示す。図８（Ａ）及び（Ｂ）は本実施形態の揺動ユニット１３の説明図であり、上記第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付して説明を割愛する。
【００４４】
同図の例では、上記第１実施形態の駆動コイル１３５、磁石１３４、１３４に代えて、圧電素子１３７、１３７を設けている。また、上記第１実施形態の捻り軸１３２に代えて、一対の軸１３２’、１３２’を設けており、これらにそれぞれ圧電素子１３７、１３７が装着されている。圧電素子１３７、１３７は駆動回路１３６により駆動され、一対の軸１３２’、１３２’に互いに逆方向の曲げ変形を起こさせることで、揺動部１３１を揺動中心Ｌ１周りに揺動させる。
【００４５】
一対の軸１３２’、１３２’も上述した基材ＢＰに一体に形成されるので、圧電素子１２１、１３７、１３７の形成をまとめて行えることができるという利点がある。
【００４６】
＜第５実施形態＞
上記第１実施形態では圧電素子１２１を一つのものとしたが、複数の圧電素子を設けてもよい。図９（Ａ）及び（Ｂ）は圧電素子の他の配置例の説明図であり、基部１１１の裏面側を示している。
【００４７】
図９（Ａ）の例では、複数の圧電素子１２１１を基部１１１の幅方向（長手方向）に等間隔で配置している。複数の圧電素子１２１１にそれぞれ異なる駆動電圧を印加することでミラー部１１の曲率分布を作り、球面収差の補正を行うことが可能になる。また、図９（Ｂ）は複数の圧電素子１２１１を間隔を変えて配置したものであり、基部１１１の幅方向（長手方向）両端部では密に、中央部では粗に、圧電素子１２１１を配設している。全ての圧電素子１２１１に同じ電圧を印加しても場所によって曲げ変形量が異なり、ミラー部１１に曲率分布を作って球面収差の補正に用いることができる。
【００４８】
＜第６実施形態＞
上記第１実施形態では、ミラー部１１が自然状態（圧電素子１２１により変形力が付勢されていない状態）では平坦な板状をなしていたが、湾曲していてもよい。図１０（Ａ）はミラー部１１が自然状態で湾曲をなしている例の斜視図であり、同図の例では円弧形状に湾曲している。
【００４９】
ミラー部１１を自然状態で湾曲させるためには、例えば、基部１１１を金属材料として、その機械的またはレーザー等の熱による曲げ加工等で可能である。金属材料として金属ガラスを用いることも可能であり、過冷却領域で曲げ加工を行うと同時に鏡面１１２を型の転写で形成することもでき、この場合には反射膜は不要となる。また、基部１１１が金属材料であれば圧延と同時にローラーで鏡面を付与することもできる。更に、鏡面１１２を形成する反射膜と、基部１１１の背面に配設した別の膜とによる膜応力によって、湾曲させてもよい。この場合、圧電素子１２１は、基部１１１が湾曲した状態で、直接成膜によって形成することができる。
【００５０】
ミラー部１１を自然状態で湾曲させておくことで、ミラー部１１の曲率変化に伴う最大応力を低下させることができる。ミラー部１１が自然状態で平坦な場合、必要な最小の曲率を得るためのオフセット電圧を加える必要が生じる場合がある。この場合、ミラー部１１の応力変化はオフセット電圧分の応力が常に作用した状態となり、図１０（Ｂ）に示すように、最大応力σ１は大きくなる。
【００５１】
これに対して予め湾曲させておくと、ミラー部１１の応力変化は図１０（Ｃ）に示すようにその最大応力σ２を正負均等とすることが可能となり、最大応力を下げることができる。これにより、繰り返し変形に対しても圧電素子１２１の剥離などの不良が発生しにくく、信頼性を向上できる。
【００５２】
＜第７実施形態＞
上記第１実施形態では、可変焦点用のミラー部と走査用のミラー部とを機能的に一体化したミラー部１１を採用したが、別体としてもよい。尤も、一体化した方が小型化の点で有利である。
【００５３】
図１１は、可変焦点用のミラー部１１Ａと走査用のミラー部１１Ｂとを別体とした例を示している。ミラー部１１Ａは、板状の基部１１Ａの表面に鏡面１１２Ａ（同図では不図示）が、裏面に圧電素子１２１Ａがそれぞれ形成され、軸１３３、１３３を介して揺動不能に固定されている。圧電素子１２１Ａによりミラー部１１Ａの曲率が変化する。
【００５４】
ミラー部１１Ｂは、板状の基部１１１Ｂの表面に鏡面１１２Ｂが、裏面に磁石１３４Ｂがそれぞれ形成され、捻り軸１３２を介して支持されている。不図示の駆動コイルにより発生する磁界によって磁石１３４Ｂを介して基部１１１Ｂに揺動力が付勢され、捻り軸１３２Ｂに捻り振動が生じて、基部１１１Ｂが揺動する。
【００５５】
不図示の光源からのレーザ光はミラー部１１Ａで反射されてミラー部１１Ｂに入射し、更に反射して出射する。ミラー部１１Ａの曲率を変化させてビームウエスト位置を変化させ、ミラー部１１Ｂの揺動で光学パターンを走査することで、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００５６】
＜第８実施形態＞
図１２は本発明の別実施形態に係る光学パターン読取装置Ｃの概略図である。読取装置Ｃは、光走査装置（光走査ユニット１Ｄ、光源２Ｄ）、光学系３’、受光センサ４’及びこれらを収容したケース５’を備える。光学系３’は集光ミラーであり、受光センサ４’はフォトセンサである。
【００５７】
図１３（Ａ）及び（Ｂ）は光走査ユニット１Ｄの斜視図であり、図１３（Ａ）が表側、図１３（Ｂ）は裏側を示している。
【００５８】
光走査ユニット１Ｄは、ミラー部１１Ｄ、揺動部１３１Ｄ、捻り軸１３２Ｄ、１３２Ｄを備える。ミラー部１１Ｄは板状の基部１１１Ｄと、その表面に形成された鏡面１１２Ｄと、を備える。基部１１１Ｄの裏面には曲率変更用の圧電素子１２１Ｄが設けられている。
【００５９】
基部１１１Ｄは揺動部１３１Ｄと一体に形成されており、上下２本の合計４本の連結部１３３Ｄを介して揺動部１３１Ｄに連結されている。基部１１１Ｄと連結部１３３Ｄとは、揺動部１３１Ｄの原板からその周囲にスリットを形成することで、連結部１３３Ｄと揺動部１３１Ｄとの連結点を除いて揺動部１３１Ｄから分離している。
【００６０】
揺動部１３１は、その表面に鏡面Ｍが形成され、その背面には駆動コイルパターン１３５Ｄが配設されている。捻り軸１３２Ｄ、１３２Ｄも揺動部１３１Ｄと一体に形成されており、揺動部１３１Ｄとの接続端と逆の端部は固定されている。揺動部１３１Ｄの両側方には磁石１３４Ｄ、１３４Ｄが配設されている。
【００６１】
揺動部１３１Ｄの揺動は、ムービングコイル方式の駆動であり、不図示の駆動回路によって駆動コイルパターン１３５Ｄに駆動信号を供給し、磁界を発生することで磁石１３４Ｄ、１３４Ｄの存在により揺動部１３１Ｄに揺動力が付勢される。これにより捻り軸１３２Ｄ、１３２Ｄに捻り振動が生じて揺動部１３１が揺動し、連結部１３３Ｄを介して揺動部１３１Ｄに連結されたミラー部１１Ｄも揺動する。
【００６２】
ミラー部１１Ｄを所定の走査周期で揺動させ、圧電素子１２１Ｄによってその１／２の周期でミラー部１１Ｄの曲率を変化させることで上記第１実施形態と同様に仮想平面上でレーザ光のビームウエスト位置を移動できる。
【００６３】
集光ミラーである光学系３’の一部には開口部が形成されており、光源２Ｄのレーザ光はこの開口部を通ってミラー部１１Ｄに入射し、窓部５ａ’を介して不図示の光学パターンへ向けて出射する。光学パターンで反射した散乱光は窓部５ａ’を介して読取装置Ｃ内に戻り、鏡面Ｍで反射され、光学系３で集光されて受光センサ４’で受光される。
【００６４】
散乱光を鏡面Ｍで受けることによって、レーザ光の投射方向からの散乱光だけを選択的に反射し、それを集光ミラーである光学系３’で集光して検出するため、検出の精度をより向上させることが可能になる。
【００６５】
本実施形態の読取装置Ｃは、上記第１実施形態の読取装置Ａよりもサイズがやや大きくなるが、投射レーザ光のビームウエスト位置の移動による高分解能化と、方向選択的な検出による検出精度向上との相乗効果により、幅広の高精細パターンに対しても読み取り率を向上できる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置及び光学パターン読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、バーコードに代表される光学パターンの読取装置として、レーザ方式やＣＣＤラインセンサを用いた方式、２次元バーコードも読み取り可能なＣＭＯＳセンサを用いた方式などが実用化されている。このうちレーザー方式は、光走査装置によりレーザ光を走査して反射光強度の時間変化を検出するものであり、コスト的なメリットが比較的大きい。
【０００３】
近年、レーザ方式以外のＣＣＤ方式などで読み取り率（読み取りの成功率）が向上し、またデータ量増加に伴って光学パターンが幅広化している。このため、レーザ方式にも読み取り率の向上、光学パターンの幅広化への対応が求められている。
【０００４】
レーザ方式で読み取り率を上げるものとしては、可変焦点ミラーを用いた方法が提案されている（例えば特許文献１）。この方法は、レーザ光の走査周期よりも長い周期で可変焦点ミラーの曲率を変化させ、レーザ光のビームウエストの位置を周期的に変化させるものである。走査毎に焦点距離を変えた走査を連続的に行うことで読み取り可能な範囲を拡大し、読み取り率を向上することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７-１２１６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
レーザー方式で用いられる光走査装置は、一般に、レーザ光を出射するミラーを周期的に揺動させてレーザ光を走査させる。バーコードのように平面的な走査対象を走査する場合、走査対象の中央部と端部とではミラーからの距離が異なる。幅広のバーコードを読み取る場合や、至近距離で走査対象を走査する場合のように走査角が大きくなると、走査対象の中央部と端部とではミラーからの距離が顕著に異なってくる。一方、レーザ光のビームウエストの位置は円弧状の軌跡を描くことから、走査角が大きくなると、一走査において走査対象の部位によってビームウエストの位置と走査対象との位置ずれが大きくなり、読み取り率が低下する。
【０００７】
本発明の目的は、走査角が大きくなっても、走査対象とビームウエストの位置とのずれを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、レーザ光を出力する光源と、該光源からのレーザ光を反射して周期的に走査させる走査手段と、を備えた光走査装置であって、前記走査手段が、レーザ光を反射するミラー部と、一走査中、仮想平面上を前記レーザ光のビームウエスト位置が移動するよう、前記ミラー部の曲率を走査周期の１／２周期で変化させる駆動手段と、を備えたことを特徴とする光走査装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、走査角が大きくなっても、走査対象とビームウエストの位置とのずれを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る光学パターン読取装置の概略図。
【図２】走査ユニットの概略図。
【図３】（Ａ）はミラー部周辺の構成の斜視図、（Ｂ）は分解斜視図。
【図４】（Ａ）は従来の問題点の説明図、（Ｂ）はビームウエスト位置の移動軌跡の説明図、（Ｃ）はミラー部の曲率変化の例を示す図。
【図５】（Ａ）乃至（Ｄ）は制御信号の説明図。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は仮想平面を移動させる方法の説明図。
【図７】（Ａ）乃至（Ｃ）は仮想平面を傾斜させる方法の説明図。
【図８】（Ａ）及び（Ｂ）は揺動ユニットの他の例の説明図。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は圧電素子の他の配置例の説明図。
【図１０】（Ａ）乃至（Ｃ）はミラー部を円弧形状とした例の説明図。
【図１１】曲率が可変のミラー部と、出射用のミラー部とを別構成とした例の説明図。
【図１２】本発明の別実施形態に係る光学パターン読取装置の概略図。
【図１３】（Ａ）及び（Ｂ）は図１２の例の走査ユニットの概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜第１実施形態＞
図１は本発明の一実施形態に係る光学パターン読取装置Ａの概略図である。読取装置Ａは、光走査装置Ｂ、光学系３、受光センサ４及びこれらを収容したケース５を備える。同図の例では光学系３は集光レンズであり、受光センサ４はフォトセンサである。光走査装置Ｂはレーザ光を出力する光源２と、光源２からのレーザ光を反射して周期的に走査させる走査ユニット１と、を備える。走査対象である光学パターンＴは例えばバーコードである。
【００１２】
読取装置Ａは、光源２から不図示のコリメータレンズを通して射出されたレーザー光を、光走査装置１により窓部５ａを介して出射して光学パターンＴ上で走査し、光学パターンＴからの散乱光が窓部５ａ及び光学系３を通して受光センサ４で検出される構成になっている。そして、不図示の信号処理回路及びデコーダにより、受光センサ４の出力の時系列変化から光学パターンＴの読み取り信号を検出し、デコード出力を行う。これにより、光学パターンＴにより示される情報のデータが出力されることになる。
【００１３】
次に、走査ユニット１の構成について図２及び図３を参照して説明する。図２は走査ユニット１の概略図、図３はミラー部１１周辺の構成を示し、図３（Ａ)はその斜視図、図３（Ｂ）はその分解斜視図である。
【００１４】
走査ユニット１は、光源２からのレーザ光を反射して光学パターンＴへ向けて出射するためのミラー部１１と、ミラー部１１の曲率を変化させる駆動ユニット１２と、ミラー部１１を揺動させる揺動ユニット１３と、を備える。
【００１５】
ミラー部１１は、板状の基部１１１と、その表面に形成された鏡面１１２と、を備える。基部１１１はミラー部１１の曲率を可変とすべく、弾性を有する金属材料が好ましい。本実施形態の場合、基部１１１は後述する他の構成と共に基材ＢＰに一体的に形成されている。
【００１６】
本実施形態では基部１１１の表面に反射膜を設けて鏡面１１２を形成しているが、基部１１１の材料の表面を鏡面１１２とすることも可能である。鏡面１１２を反射膜により形成する場合、Au、Ag、Al等の蒸着膜で形成することができ、必要に応じて増反射膜が形成される。
【００１７】
駆動ユニット１２は、基部１１１の裏面に配設された圧電素子１２１と、圧電素子１２１の駆動信号を生成する駆動回路１２２と、を備える。圧電素子１２１は駆動回路１２２からの駆動信号によって伸縮する。圧電素子１２１によって基部１１１の裏面に基部１１１を曲げ変形させる変形力が付勢され、ミラー部１１の曲率が変化する。これによりミラー部１１は可変焦点ミラーとして機能する。
【００１８】
本実施形態の場合、ミラー部１１の曲率を変化させるデバイスとして圧電素子１２１を採用したが他のデバイスを採用してもよい。しかし、圧電素子１２１の採用と、基部１１１の裏面への圧電素子１２１の配設とにより、ミラー部１１をより小型化された可変焦点ミラーとすることができる。
【００１９】
圧電素子２１は、変位量の大きいチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）が好ましいが、特に限定されるものではなく、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸鉛等、圧電特性を有する材料であれば良い。圧電素子２１は焼結体の素子の接着や直接成膜によって形成される。焼結体の積層構造を持つ圧電素子は変位量が大きく非常に優れた特性を有するが、接着部分の耐久性を考慮すると基部１１１への直接成膜が好ましい。
【００２０】
その中でも、成膜レートが高く膜質の良い厚膜形成が容易なエアロゾルディポジション法やガスデポジション法を用いるのが好ましい。圧電材料にPZTを用い、基部１１１として金属材料を用いる場合には、圧電特性を向上させるために、鉛の拡散を防止する中間層の形成、及び、熱処理温度をできるだけ高くするために金属材料として耐熱性の高い材料を用いるのが好ましく、この点でも500℃〜600℃程度で時効硬化処理を行うCo-Ni基合金は最適である。
【００２１】
駆動回路１２２は、電気信号である駆動信号を圧電素子１２１に供給する。駆動回路１２２は周期的に変化する電気信号を出力可能であればどのような回路構成であってもよい。本実施形態の場合、基材ＢＰが圧電素子１２１の電極及び配線の一方を兼ねており、駆動回路１２２は圧電素子１２１と基材ＢＰとに電気的に接続されている。
【００２２】
揺動ユニット１３は、揺動部１３１と、捻り軸１３２と、一対の連結部１３３、１３３と、磁石１３４、１３４と、駆動コイル１３５と、駆動回路１３６と、を備える。揺動部１３１、捻り軸１３２、及び、一対の連結部１３３は、上述した基部１１１と共に基材ＢＰに一体的に形成されている。これらの一部は別体とすることも可能であるが、耐久性、製造工程の簡略化、低コスト化の観点からは一体構造が望ましい。
【００２３】
基材ＢＰは、金属材料やシリコンウエハの他、セラミック基板などの板材から形成でき、その形状は、エッチング、プレス加工、レーザー加工、ワイヤ放電加工等で形成できる。耐衝撃性の観点から容易には破断しない金属材料が好ましく、繰り返し耐久性の高いSUS301やSUS631等のステンレスや銅合金、Co-Ni基合金などが好ましい。その中でも特にCo-Ni基合金は特に疲労限が高く、好適である。
【００２４】
捻じり軸１３２の下端は固定され、上端は揺動部１３１に接続されている。揺動部１３１の表裏面には、それぞれ磁石１３４、１３４が固着されている。磁石１３４、１３４の材質は特に限定されるものではないが、慣性モーメントを小さくするために出来るだけ小型で磁力の強いものが好ましく、磁力の強いNd-Fe-B系磁石やSm-Co系磁石等や、小型形状形成が可能な加工性に優れたFe-Cr-Co系磁石などが好適である。
【００２５】
駆動コイル１３５には駆動回路１３６には走査周期に応じた周波数の電気信号である駆動信号が供給される。駆動回路１３６は周期的に変化する電気信号を出力可能であればどのような回路構成であってもよい。この駆動信号により駆動コイル１３５から発生する磁界によって、磁石１３４、１３４を介して揺動部１３１に揺動力が付勢され、捻り軸１３２に捻り振動が生じて、捻り軸１３２の軸線を揺動中心Ｌ１として揺動部１３１が揺動する。
【００２６】
ミラー部１１の基部１１１は一対の連結部１３３、１３３を介して揺動部１３１に接続されていることから、ミラー部１１も揺動中心Ｌ１周りに揺動することになる。こうしてミラー部１１の向きが周期的に変化して所定の走査周期でレーザ光を走査することができる。
【００２７】
本実施形態の場合、一対の連結部１３３、１３３により基部１１１と揺動部１３１とを連結したため、１つの連結部で連結する場合よりも、基部１１１がその法線方向周りに揺動して異常振動を生じる事態を回避することができる。更に本実施形態の場合、一対の連結部１３３が揺動中心Ｌ１から等距離に位置し、基部１１１と連結部１３３との接続点間の距離が、基部１１１の幅の約１／√３に設定されている。このため、ミラー部１１の曲率変化や揺動に際して、その重心位置が、法線方向に移動しにくく、異常振動が発生することを防止できる。
【００２８】
なお、本実施形態では、ミラー部１１を揺動するための構成として磁石と駆動コイルとの磁力を利用した構成を採用したが、これに限られず、種々の構成を採用可能である。
【００２９】
次に、係る構成からなる走査ユニット１の動作例について説明する。本実施形態では、駆動ユニット１２によって、ミラー部１１から出射されるレーザ光のビームウエスト位置が、一走査中、仮想平面上を移動するよう、ミラー部１１の曲率を走査周期の１／２周期で変化させる。これにより走査角が大きくなっても、光学パターンＴとビームウエスト位置とのずれを抑制することができる。以下、図４を参照して説明する。
【００３０】
図４（Ａ）は従来の問題点の説明図であり、ミラー部１１の曲率を固定して走査角θの範囲でミラー部１１を揺動させている。ビームウエスト位置は、ミラー部１１から距離Ｒの位置にあり、その軌跡Ｌ２は円弧形状をなす。ミラー部１１と光学パターンＴとの距離が近い場合や、光学パターンＴが幅広で走査角θを大きくとる必要がある場合、光学パターンＴとビームウエスト位置とのずれが大きくなる部位が生じる。同図の例では光学パターンＴの端部でずれが大きくなっている。
【００３１】
図４（Ｂ）は本実施形態におけるビームウエスト位置の移動軌跡の説明図、図４（Ｃ）はミラー部１１の曲率変化の例を示す図である。図４（Ｂ）に示すように、本実施形態ではミラー部１１からビームウエスト位置までの距離をＲ１、Ｒ２、Ｒ３（この例ではＲ３＝Ｒ１）とミラー部１１の向きに応じて変化させることで、仮想平面Ｒ上をビームウエスト位置が移動するようにする。
【００３２】
ビームウエスト位置はミラー部１１の曲率を変化させることにより変化させる。図４（ｃ）において、状態ＳＴ（Ｒ１)乃至ＳＴ（Ｒ３)は、図４（Ｂ）に対応しており、状態ＳＴ（Ｒ１)は、ミラー部１１からビームウエスト位置までの距離がＲ１の場合、状態ＳＴ（Ｒ２)は該距離がＲ２の場合、状態ＳＴ（Ｒ３）は該距離がＲ３の場合のミラー部１１の向き及び曲率を示している。
【００３３】
距離Ｒ２が最も短いため、状態ＳＴ（Ｒ２)の場合のミラー部１１の曲率が最も大きい。状態ＳＴ（Ｒ１)、ＳＴ（Ｒ３)では状態ＳＴ（Ｒ２）の場合に比べてミラー部１１の曲率が小さくなっている。状態ＳＴ（Ｒ１)、ＳＴ（Ｒ３)において、破線は比較のために状態ＳＴ（Ｒ２）の曲率のミラー部１１を併記したものである。
【００３４】
こうして本実施形態では、ミラー部１１から出射されるレーザ光のビームウエスト位置が、一走査中、仮想平面上を移動するよう、ミラー部１１の曲率を走査周期の１／２周期で変化させ、走査角が大きくなっても、光学パターンＴとビームウエスト位置とのずれを抑制することができる。この結果、走査中央と走査端でビームウエストを常に光学パターン上に位置させることが可能となり、読み取り分解能を向上させ、高精細の光学パターンでも読み取り率を向上させることができる
図５（Ａ）は、駆動コイル１３５への駆動信号の例を、図５（Ｂ)は圧電素子１２１への駆動信号の例をそれぞれ示している。図５（Ａ）に示す駆動コイル１３５への駆動信号は走査周期に応じた周波数を有し、図５（Ｂ)に示す圧電素子１２１への駆動信号は走査その２倍の周波数を有している。圧電素子１２１への駆動信号の振幅は仮想平面Ｓの平面度に影響し、ピーク値はミラー部１１から仮想平面Ｓまでの距離に影響する。
【００３５】
以下、他の実施形態について説明するが、各実施形態は適宜組合せ可能である。
【００３６】
＜第２実施形態＞
図５（Ｂ）の例の場合、ミラー部１１に対する仮想平面Ｓの位置が固定される。読取精度を向上するためには仮想平面Ｓがミラー部１１に対して移動（平行移動）することが好ましい。そこで、ミラー部１１の曲率を走査周期の１／２周期で変化させると共に、仮想平面が周期的に移動するよう、ミラー部１１の曲率を走査周期よりも長い周期で変化させる。図５（Ｄ）はこの場合の圧電素子１２１への駆動信号の例を示しており、図５（Ｂ）の駆動信号の波形と図５（Ｃ)の駆動信号の波形とを重畳した波形の駆動信号である。
【００３７】
図５（Ｃ）の駆動信号は、図５（Ａ)に示した走査用の制御信号の周波数よりも低い周波数を有しており、低いほど（周期が長いほど）仮想平面Ｓの移動速度が遅くなり、その結果、読取精度を向上できる。図５（Ｃ）の駆動信号を利用した場合を図６を参照して説明する。図６（Ａ）及び（Ｂ）は仮想平面Ｓを移動させる方法の説明図であり、図６（Ａ）はビームウエスト位置の移動軌跡の説明図、図６（Ｂ）ミラー部１１の曲率変化の例を示す図である。
【００３８】
図５（Ｃ）の駆動信号を採用した場合、図６（Ａ）に示すように、１走査中のミラー部１１からビームウエスト位置までの距離の変化（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３（この例ではＲ３＝Ｒ１））に加えて、走査毎の変化（Ｒ１⇔Ｒ１’、Ｒ２⇔Ｒ２’、Ｒ３⇔Ｒ３’（この例ではＲ３’＝Ｒ１’））が加わるので仮想平面がＳ１とＳ２との間を移動する。この結果、その間に存する光学パターンＴの読み取り率を向上させることができる。
【００３９】
図４（Ｂ）及び（Ｃ）の場合と同様、図６（Ｂ）において、状態ＳＴ（Ｒ１)乃至ＳＴ（Ｒ３)、状態ＳＴ（Ｒ１’)乃至ＳＴ（Ｒ３’)は、図６（Ａ）に対応しており、状態ＳＴ（Ｒ１)は、ミラー部１１からビームウエスト位置までの距離がＲ１の場合、状態ＳＴ（Ｒ２)は該距離がＲ２の場合、状態ＳＴ（Ｒ３）は該距離がＲ３の場合、状態ＳＴ（Ｒ１’)は、ミラー部１１からビームウエスト位置までの距離がＲ１’の場合、状態ＳＴ（Ｒ２’)は該距離がＲ２’の場合、状態ＳＴ（Ｒ３’）は該距離がＲ３’の場合のミラー部１１の向き及び曲率を示している。
【００４０】
状態ＳＴ（Ｒ１)乃至ＳＴ（Ｒ３)は仮想平面がＳ１である場合、状態ＳＴ（Ｒ１’)乃至ＳＴ（Ｒ３’)は仮想平面がＳ２である場合である。仮想平面Ｓ２の方が仮想平面Ｓ１よりもミラー部１１から遠いので、全体的に状態ＳＴ（Ｒ１’)乃至ＳＴ（Ｒ３’)の場合の方が曲率が小さくなっている。なお、状態ＳＴ（Ｒ１)、ＳＴ（Ｒ３)において、破線は比較のために状態ＳＴ（Ｒ２）の曲率のミラー部１１を併記したものであり、状態ＳＴ（Ｒ１’)、ＳＴ（Ｒ３’)において、破線は比較のために状態ＳＴ（Ｒ２’）の曲率のミラー部１１を併記したものである。
【００４１】
＜第３実施形態＞
圧電素子１２１への駆動信号の振幅や、ピーク値を周期的に変化させることで、仮想平面Ｓを周期的に傾斜することも可能である。図７（Ａ）及び（Ｂ）は仮想平面の傾斜例を示し、図７（Ａ）は走査端を中心として仮想平面Ｓ１とＳ２との間で周期的に傾斜する例、図７（Ｂ)は走査中心を中心として仮想平面Ｓ１とＳ２との間で周期的に傾斜する例を示す。また、図７（Ｄ)は図７（Ａ）の場合の、圧電素子１２１への駆動信号の例を示しており、図７（Ｃ）に示す駆動コイル１３５への駆動信号の２倍の周波数としながら、駆動信号の振幅や、ピーク値を周期的に変化させている。
【００４２】
仮想平面Ｓを周期的に傾斜することで、ミラー部１１に対して光学パターンＴが正対していなくても、その読み取り率を向上できる。なお、本実施形態と上記第２実施形態とを組み合わせると、仮想平面を移動しながら傾斜することが可能となる。
【００４３】
＜第４実施形態＞
本実施形態は揺動ユニット１３の他の構成例を示す。図８（Ａ）及び（Ｂ）は本実施形態の揺動ユニット１３の説明図であり、上記第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付して説明を割愛する。
【００４４】
同図の例では、上記第１実施形態の駆動コイル１３５、磁石１３４、１３４に代えて、圧電素子１３７、１３７を設けている。また、上記第１実施形態の捻り軸１３２に代えて、一対の軸１３２’、１３２’を設けており、これらにそれぞれ圧電素子１３７、１３７が装着されている。圧電素子１３７、１３７は駆動回路１３６により駆動され、一対の軸１３２’、１３２’に互いに逆方向の曲げ変形を起こさせることで、揺動部１３１を揺動中心Ｌ１周りに揺動させる。
【００４５】
一対の軸１３２’、１３２’も上述した基材ＢＰに一体に形成されるので、圧電素子１２１、１３７、１３７の形成をまとめて行えることができるという利点がある。
【００４６】
＜第５実施形態＞
上記第１実施形態では圧電素子１２１を一つのものとしたが、複数の圧電素子を設けてもよい。図９（Ａ）及び（Ｂ）は圧電素子の他の配置例の説明図であり、基部１１１の裏面側を示している。
【００４７】
図９（Ａ）の例では、複数の圧電素子１２１１を基部１１１の幅方向（長手方向）に等間隔で配置している。複数の圧電素子１２１１にそれぞれ異なる駆動電圧を印加することでミラー部１１の曲率分布を作り、球面収差の補正を行うことが可能になる。また、図９（Ｂ）は複数の圧電素子１２１１を間隔を変えて配置したものであり、基部１１１の幅方向（長手方向）両端部では密に、中央部では粗に、圧電素子１２１１を配設している。全ての圧電素子１２１１に同じ電圧を印加しても場所によって曲げ変形量が異なり、ミラー部１１に曲率分布を作って球面収差の補正に用いることができる。
【００４８】
＜第６実施形態＞
上記第１実施形態では、ミラー部１１が自然状態（圧電素子１２１により変形力が付勢されていない状態）では平坦な板状をなしていたが、湾曲していてもよい。図１０（Ａ）はミラー部１１が自然状態で湾曲をなしている例の斜視図であり、同図の例では円弧形状に湾曲している。
【００４９】
ミラー部１１を自然状態で湾曲させるためには、例えば、基部１１１を金属材料として、その機械的またはレーザー等の熱による曲げ加工等で可能である。金属材料として金属ガラスを用いることも可能であり、過冷却領域で曲げ加工を行うと同時に鏡面１１２を型の転写で形成することもでき、この場合には反射膜は不要となる。また、基部１１１が金属材料であれば圧延と同時にローラーで鏡面を付与することもできる。更に、鏡面１１２を形成する反射膜と、基部１１１の背面に配設した別の膜とによる膜応力によって、湾曲させてもよい。この場合、圧電素子１２１は、基部１１１が湾曲した状態で、直接成膜によって形成することができる。
【００５０】
ミラー部１１を自然状態で湾曲させておくことで、ミラー部１１の曲率変化に伴う最大応力を低下させることができる。ミラー部１１が自然状態で平坦な場合、必要な最小の曲率を得るためのオフセット電圧を加える必要が生じる場合がある。この場合、ミラー部１１の応力変化はオフセット電圧分の応力が常に作用した状態となり、図１０（Ｂ）に示すように、最大応力σ１は大きくなる。
【００５１】
これに対して予め湾曲させておくと、ミラー部１１の応力変化は図１０（Ｃ）に示すようにその最大応力σ２を正負均等とすることが可能となり、最大応力を下げることができる。これにより、繰り返し変形に対しても圧電素子１２１の剥離などの不良が発生しにくく、信頼性を向上できる。
【００５２】
＜第７実施形態＞
上記第１実施形態では、可変焦点用のミラー部と走査用のミラー部とを機能的に一体化したミラー部１１を採用したが、別体としてもよい。尤も、一体化した方が小型化の点で有利である。
【００５３】
図１１は、可変焦点用のミラー部１１Ａと走査用のミラー部１１Ｂとを別体とした例を示している。ミラー部１１Ａは、板状の基部１１Ａの表面に鏡面１１２Ａ（同図では不図示）が、裏面に圧電素子１２１Ａがそれぞれ形成され、軸１３３、１３３を介して揺動不能に固定されている。圧電素子１２１Ａによりミラー部１１Ａの曲率が変化する。
【００５４】
ミラー部１１Ｂは、板状の基部１１１Ｂの表面に鏡面１１２Ｂが、裏面に磁石１３４Ｂがそれぞれ形成され、捻り軸１３２を介して支持されている。不図示の駆動コイルにより発生する磁界によって磁石１３４Ｂを介して基部１１１Ｂに揺動力が付勢され、捻り軸１３２Ｂに捻り振動が生じて、基部１１１Ｂが揺動する。
【００５５】
不図示の光源からのレーザ光はミラー部１１Ａで反射されてミラー部１１Ｂに入射し、更に反射して出射する。ミラー部１１Ａの曲率を変化させてビームウエスト位置を変化させ、ミラー部１１Ｂの揺動で光学パターンを走査することで、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００５６】
＜第８実施形態＞
図１２は本発明の別実施形態に係る光学パターン読取装置Ｃの概略図である。読取装置Ｃは、光走査装置（光走査ユニット１Ｄ、光源２Ｄ）、光学系３’、受光センサ４’及びこれらを収容したケース５’を備える。光学系３’は集光ミラーであり、受光センサ４’はフォトセンサである。
【００５７】
図１３（Ａ）及び（Ｂ）は光走査ユニット１Ｄの斜視図であり、図１３（Ａ）が表側、図１３（Ｂ）は裏側を示している。
【００５８】
光走査ユニット１Ｄは、ミラー部１１Ｄ、揺動部１３１Ｄ、捻り軸１３２Ｄ、１３２Ｄを備える。ミラー部１１Ｄは板状の基部１１１Ｄと、その表面に形成された鏡面１１２Ｄと、を備える。基部１１１Ｄの裏面には曲率変更用の圧電素子１２１Ｄが設けられている。
【００５９】
基部１１１Ｄは揺動部１３１Ｄと一体に形成されており、上下２本の合計４本の連結部１３３Ｄを介して揺動部１３１Ｄに連結されている。基部１１１Ｄと連結部１３３Ｄとは、揺動部１３１Ｄの原板からその周囲にスリットを形成することで、連結部１３３Ｄと揺動部１３１Ｄとの連結点を除いて揺動部１３１Ｄから分離している。
【００６０】
揺動部１３１は、その表面に鏡面Ｍが形成され、その背面には駆動コイルパターン１３５Ｄが配設されている。捻り軸１３２Ｄ、１３２Ｄも揺動部１３１Ｄと一体に形成されており、揺動部１３１Ｄとの接続端と逆の端部は固定されている。揺動部１３１Ｄの両側方には磁石１３４Ｄ、１３４Ｄが配設されている。
【００６１】
揺動部１３１Ｄの揺動は、ムービングコイル方式の駆動であり、不図示の駆動回路によって駆動コイルパターン１３５Ｄに駆動信号を供給し、磁界を発生することで磁石１３４Ｄ、１３４Ｄの存在により揺動部１３１Ｄに揺動力が付勢される。これにより捻り軸１３２Ｄ、１３２Ｄに捻り振動が生じて揺動部１３１が揺動し、連結部１３３Ｄを介して揺動部１３１Ｄに連結されたミラー部１１Ｄも揺動する。
【００６２】
ミラー部１１Ｄを所定の走査周期で揺動させ、圧電素子１２１Ｄによってその１／２の周期でミラー部１１Ｄの曲率を変化させることで上記第１実施形態と同様に仮想平面上でレーザ光のビームウエスト位置を移動できる。
【００６３】
集光ミラーである光学系３’の一部には開口部が形成されており、光源２Ｄのレーザ光はこの開口部を通ってミラー部１１Ｄに入射し、窓部５ａ’を介して不図示の光学パターンへ向けて出射する。光学パターンで反射した散乱光は窓部５ａ’を介して読取装置Ｃ内に戻り、鏡面Ｍで反射され、光学系３で集光されて受光センサ４’で受光される。
【００６４】
散乱光を鏡面Ｍで受けることによって、レーザ光の投射方向からの散乱光だけを選択的に反射し、それを集光ミラーである光学系３’で集光して検出するため、検出の精度をより向上させることが可能になる。
【００６５】
本実施形態の読取装置Ｃは、上記第１実施形態の読取装置Ａよりもサイズがやや大きくなるが、投射レーザ光のビームウエスト位置の移動による高分解能化と、方向選択的な検出による検出精度向上との相乗効果により、幅広の高精細パターンに対しても読み取り率を向上できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出力する光源と、該光源からのレーザ光を反射して周期的に走査させる走査手段と、を備えた光走査装置であって、
前記走査手段が、
レーザ光を反射するミラー部と、
一走査中、仮想平面上を前記レーザ光のビームウエスト位置が移動するよう、前記ミラー部の曲率を走査周期の１／２周期で変化させる駆動手段と、
を備えたことを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記駆動手段は、
前記ミラー部の曲率を走査周期の１／２周期で変化させると共に、前記仮想平面が周期的に移動するよう、前記ミラー部の曲率を走査周期よりも長い周期で変化させ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３】
前記駆動手段は、
前記ミラー部の曲率を走査周期の１／２周期で変化させると共に、前記仮想平面が周期的に傾斜するよう、前記ミラー部の曲率を変化させ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４】
前記ミラー部が、板状の基部と、前記基部の表面に形成された鏡面と、を有し、
前記駆動手段は、
前記基部の裏面に前記基部を変形させる変形力を付勢し、前記ミラー部の曲率を変化させるデバイスを備え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】
前記デバイスが圧電素子であることを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記ミラー部が、前記デバイスにより前記変形力が付勢されていない状態で湾曲していることを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
【請求項７】
前記ミラー部は、前記光源からのレーザ光を反射して走査対象に出射するためのミラー部であり、
前記ミラー部を前記走査周期で揺動させる揺動手段を備え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８】
前記ミラー部が、板状の基部と、前記基部の表面に形成された鏡面と、を有し、
前記揺動手段が、
前記走査周期で揺動する揺動部と、
前記揺動部と前記基部とを連結する一対の連結部とを備えたことを特徴とする請求項７に記載の光走査装置。
【請求項９】
請求項１に記載の光走査装置を備えた光学パターン読取装置。
【請求項１】
レーザ光を出力する光源と、該光源からのレーザ光を反射して周期的に走査させる走査手段と、を備えた光走査装置であって、
前記走査手段が、
レーザ光を反射するミラー部と、
一走査中、仮想平面上を前記レーザ光のビームウエスト位置が移動するよう、前記ミラー部の曲率を走査周期の１／２周期で変化させる駆動手段と、
を備えたことを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記駆動手段は、
前記ミラー部の曲率を走査周期の１／２周期で変化させると共に、前記仮想平面が周期的に移動するよう、前記ミラー部の曲率を走査周期よりも長い周期で変化させ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３】
前記駆動手段は、
前記ミラー部の曲率を走査周期の１／２周期で変化させると共に、前記仮想平面が周期的に傾斜するよう、前記ミラー部の曲率を変化させ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４】
前記ミラー部が、板状の基部と、前記基部の表面に形成された鏡面と、を有し、
前記駆動手段は、
前記基部の裏面に前記基部を変形させる変形力を付勢し、前記ミラー部の曲率を変化させるデバイスを備え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】
前記デバイスが圧電素子であることを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記ミラー部が、前記デバイスにより前記変形力が付勢されていない状態で湾曲していることを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
【請求項７】
前記ミラー部は、前記光源からのレーザ光を反射して走査対象に出射するためのミラー部であり、
前記ミラー部を前記走査周期で揺動させる揺動手段を備え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８】
前記ミラー部が、板状の基部と、前記基部の表面に形成された鏡面と、を有し、
前記揺動手段が、
前記走査周期で揺動する揺動部と、
前記揺動部と前記基部とを連結する一対の連結部とを備えたことを特徴とする請求項７に記載の光走査装置。
【請求項９】
請求項１に記載の光走査装置を備えた光学パターン読取装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２４２６８５（Ｐ２０１２−２４２６８５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１４０９２（Ｐ２０１１−１１４０９２）
【出願日】平成２３年５月２０日（２０１１．５．２０）
【出願人】（０００１０４６５２）キヤノン電子株式会社 (876)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２０日（２０１１．５．２０）
【出願人】（０００１０４６５２）キヤノン電子株式会社 (876)
【Ｆターム（参考）】
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