JPH0954264A

JPH0954264A - 光走査装置、距離測定装置及び光センサ装置

Info

Publication number: JPH0954264A
Application number: JP22755395A
Authority: JP
Inventors: Kenji Takemura; 賢治武村
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1995-08-10
Filing date: 1995-08-10
Publication date: 1997-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】複雑な光軸調整が不要で、走査範囲を自由に
調整でき、２次元光走査が可能な小型で安価な光走査装
置を提供する。【解決手段】パルスステップモータ等の回転駆動部１
により回動ブロック３を支持する。回動ブロック３は、
曲げ変形可能な可動板４の下端部が固定板６に固定され
ており、可動板４の背面に永久磁石８が取着され、固定
板６にコイル９が設けられている。可動板４の前面に
は、光の反射面７を形成する。回転駆動部１により回動
ブロック３を回動させたり、コイル９を励磁することに
より、可動板４を２方向に回動させることができ、任意
の角度で静止させることもできる。回転駆動部１による
回転角はロータリーエンコーダ等の回転駆動角検知手段
１３により検知され、可動板４の曲げ方向における回転
角は曲げ角検知手段１４により検知される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光走査装置に関
し、特に、光ビームの２次元走査可能な光走査装置に関
する。また、当該光走査装置を用いた距離測定装置及び
光センサ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の２次元光走査装置Ｐとしては、２
つのガルバノミラー７１，７２を用いたものがある（例
えば、特開平２−２３２６１７号公報）。これは、図１
４に示すように、モータ等の駆動部７３で回動される第
１のガルバノミラー７１と、同じくモータ等の駆動部７
４で回動される第２のガルバノミラー７２と、集光レン
ズ７５を光ビームαの光路に沿って配置したものであ
る。しかして、光源７６から出射された光ビームαを第
１のガルバノミラー７１と第２のガルバノミラー７２で
反射させた後、集光レンズ７５で集光させるものであっ
て、両ガルバノミラー７１，７２を回動させることによ
って光ビームαを２次元状に走査させることができる。

【０００３】しかしながら、このような２次元光走査装
置Ｐにあっては、第１のガルバノミラー７１で１次元状
に走査された光ビームαを第２のガルバノミラー７２で
受けて反射させるので、第１のガルバノミラー７１によ
る光ビームαの走査範囲をカバーできる大きさの第２の
ガルバノミラー７２が必要となり、第２のガルバノミラ
ー７２が大型化するという欠点があった。さらに、２台
の駆動部７３，７４と２つのガルバノミラー７１，７２
を必要とするので光走査装置Ｐの全体寸法を小形化する
ことが困難であった。また、２つのガルバノミラー７
１，７２と光源７６とのの光軸合せが必要で、光軸合せ
の作業にも手間が掛かっていた。

【０００４】また、２次元光走査装置の別な従来例（図
示せず）としては、外周面のミラーを面倒れさせたり、
軸心を傾けたりしたポリゴンミラーがある。これは、ポ
リゴンミラーの外周各面に形成されたミラー面を回転軸
に対して互いに異なる角度ずつ傾けたり、回転軸に対し
てポリゴンミラーの軸心を傾けたりしたものである。

【０００５】しかしながら、このような方式の光走査装
置にあっては、光ビームの走査範囲はポリゴンミラーの
ミラー面数によって決まるので、主走査方向での光ビー
ムの走査範囲が限定されていた。主走査方向での走査範
囲を広くしようとすれば、ポリゴンミラーのミラー面数
が少なくなり、従走査方向の走査線数が少なくなってい
た。また、従走査方向の走査線数を多くするには、ミラ
ー面数を多くすればよいが、ミラー面数を多くすると、
主走査方向での走査範囲が狭くなるという問題があっ
た。さらに、主走査方向での走査範囲を広くし、かつ従
走査方向での走査線数を多くするためには、ポリゴンミ
ラーの直径を大きくする必要があり、光走査装置が大型
化すると共に製造コストが高くつくという欠点があっ
た。

【０００６】また、図１５にさらに別な従来例の共振ミ
ラー型の２次元光走査装置Ｑを示す。これは、非対称形
状に屈曲したバネ製アーム８１の両端部を弾性支持片８
２，８３によって支持し、バネ製アーム８１の一方端部
に屈曲振動片８４の一端を固定し、屈曲振動片８４の他
端にミラー８５を固定し、さらにアーム８１の一方端部
に圧電振動子８６から振動を印加するようにしたもので
ある。しかして、圧電振動子８６からアーム８１及び屈
曲振動片８４に振動を印加し、光源８７から出射された
光ビームαをミラー８５で反射させると、屈曲振動片８
４が共振振動してミラー８５が水平面内で回動して光ビ
ームαが水平方向に走査される。同時に、アーム８１が
共振振動してミラー８５が垂直な面内で回動して光ビー
ムαの走査線が垂直方向に移動する。

【０００７】しかしながら、このような共振ミラー型の
２次元光走査装置Ｑでは、アーム８１及び屈曲振動片８
４はいずれも共振駆動されるので、水平方向でも垂直方
向でも走査速度を変えられなかった。さらに、共振駆動
であるので、外乱振動に弱く、外乱振動によって走査方
向の乱れや振動停止を生じたり、疲労破壊を起こしたり
する問題があった。

【０００８】また、いずれの方式の２次元光走査装置に
あっても、光ビームの出射角の検知手段を有していない
ので、光ビームの走査角を知ることができなかった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】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、複雑な光軸調整の必要がなく、走査範囲を自由
に調整することができ、光ビームを２方向に走査するこ
とができる小型で安価な光走査装置を提供することにあ
る。

【００１０】また、本発明は、簡単な構造により光ビー
ムの走査角を検出できるようにすることにある。

【００１１】さらに、本発明は、衝撃にも強い光走査装
置を提供することにある。

【００１２】

【発明の開示】請求項１に記載の光走査装置は、光を反
射させる反射面と、前記反射面を回転させる回転駆動手
段と、前記反射面と前記回転駆動手段の回転軸とのなす
角度を、静電力や磁気力等の電磁気力によって変化させ
る角度変化手段と、から構成されていることを特徴とし
ている。

【００１３】反射面を回転させる回転駆動手段として
は、特に限定するものではないが、例えばパルスステッ
プモータ等の制御用モータやエア駆動のロータリーアク
チュエータ等を用いることができる。また、角度変化手
段を動作させる電磁気力には静電力や磁気力に限らず、
強誘電体の圧電効果なども含まれる。

【００１４】反射面は回転駆動手段により回転駆動手段
の回転軸の回りに回転する。また、反射面は角度変化手
段により回転駆動手段の回転軸とほぼ直交する方向の軸
回りに回動する。従って、反射面は２方向に回動し、こ
の反射面で反射される光ビームは２方向に走査される。

【００１５】請求項２に記載の実施態様は、請求項１記
載の光走査装置において、前記回転駆動手段は、前記反
射面とともに前記角度変化手段を回転させるものである
ことを特徴としている。

【００１６】この実施態様にあっては、回転駆動手段に
よって当該回転軸の回りに角度変化手段が回転させら
れ、さらに反射面は角度変化手段によって前記回転軸と
ほぼ直交する方向の軸回りに回動される。従って、反射
面は２方向に回動し、この反射面で反射される光ビーム
は２方向に走査される。

【００１７】請求項３に記載の実施態様は、請求項１又
は２に記載の光走査装置において、前記角度変化手段
は、曲げ変形可能な可動板を備え、静電力や磁気力等の
電磁気力によって生じる可動板の曲げにより前記反射面
と前記回転駆動手段の回転軸とのなす角度を変化させる
ものであることを特徴としている。

【００１８】この実施態様にあっては、電磁気力によっ
て可動板を弾性的に曲げ変形させることによって反射面
を回転駆動手段の回転軸とほぼ直交する方向の軸回りに
回動させることができる。

【００１９】請求項４に記載の実施態様は、請求項３に
記載の光走査装置において、前記角度変化手段は、固定
板と可動板とを互いに向い合せて配置し、固定板と可動
板のそれぞれに静電力や磁気力等の電磁気力によって互
いに作用し合う部材を設け、可動板に反射面を設けたも
のであることを特徴としている。

【００２０】この実施態様にあっては、可動板に反射面
が設けられているので、可動板を曲げ変形させることに
よって直接に反射面を回動させることができる。

【００２１】請求項５に記載の実施態様は、請求項４に
記載の光走査装置において、固定板と可動板とは一部に
おいて互いに固定され、回転駆動手段は当該固定板及び
可動板を共に回転させるようになっていることを特徴と
している。

【００２２】この実施態様にあっては、回転駆動手段に
よって固定板及び可動板が回転し、可動板が曲げ変形す
ることによって可動板に設けられた反射面が２方向に回
動し、反射面で反射した光が２方向に走査される。

【００２３】請求項１〜５の光走査装置にあっては、回
転駆動手段により反射面が回転させられ、さらに反射面
は角度変化手段によって異なる方向へ回動させられるの
で、反射面は２方向に回転することができ、反射面に光
ビームが照射されていると、光ビームは２方向に走査さ
れる。

【００２４】また、この光走査装置にあっては、１つの
反射面を回転駆動手段と角度変化手段の組合せによって
２方向に回転させるようにしているので、光走査装置を
小型化することができる。しかも、反射面が１つである
ので、複雑な光軸調整や組立精度を必要とせず、製造コ
ストを安価にすることができる。

【００２５】さらに、角度変化手段は電磁気力によって
反射面を強制的に回動させるものであって、光ビームの
走査速度や走査角、走査範囲を自由に調整することがで
きる。

【００２６】請求項６に記載の実施態様は、請求項４に
記載の光走査装置において、固定板の背面側に静電力や
磁気力等の電磁気力を制御する制御手段を設けたことを
特徴としている。

【００２７】この実施態様にあっては、制御手段を固定
板に設けているので、制御手段も含めた光走査装置を小
型化することができる。しかも、固定板の背面側すなわ
ち可動板と対向している面と反対側に制御手段を設けて
いるので、制御手段が可動板の変形動作の妨げになる恐
れがない。

【００２８】請求項７に記載の実施態様は、請求項４に
記載の光走査装置において、前記反射面と前記回転駆動
手段の回転軸とのなす角度を検出する曲げ角検出手段を
備えたことを特徴としている。

【００２９】請求項８に記載の実施態様は、請求項７に
記載の光走査装置において、前記曲げ角検知手段は、固
定板と可動板との間の静電容量に基づいて、前記反射面
と前記回転駆動手段の回転軸とのなす角度を検出するも
のであることを特徴としている。

【００３０】請求項８の実施態様においては、可動板が
曲げ変形すると、可動板と固定板との間の静電容量が変
化するので、静電容量の値から反射面と回転軸とのなす
角度を知ることができる。

【００３１】請求項９に記載の実施態様は、請求項７に
記載の光走査装置において、前記曲げ角検知手段は、可
動板に取り付けられた歪ゲージ等の歪検出素子の値に基
づいて、前記反射面と前記回転駆動手段の回転軸とのな
す角度を検出するものであることを特徴としている。

【００３２】この実施態様においては、可動板の曲げ部
分の歪を歪検出素子によって検出することにより、反射
面と回転軸とのなす角度を知ることができる。

【００３３】請求項７〜９の実施態様にあっては、反射
面と回転駆動手段の回転軸のなす角度を検出する手段を
備えているので、可動板の変形方向における曲げ角を検
出することができ、当該方向における光ビームの走査角
を知ることができる。特に、請求項８の実施態様では、
可動板と固定板の間の静電容量に基づいて可動板の曲げ
角を検出できるので、曲げ角検知手段を薄くして省スペ
ースで実現でき、曲げ角検知手段を有しつつも小型の２
次元光走査装置を製作することができる。同様に、請求
項９の実施態様では、可動板に取り付けた歪ゲージ等の
歪検出素子により可動板の曲げ角を検出できるので、曲
げ角検知手段を薄くして省スペースで実現でき、曲げ角
検知手段を有しつつも小型の２次元光走査装置を製作す
ることができる。

【００３４】請求項１０に記載の実施態様は、請求項７
に記載の光走査装置において、前記曲げ角検知手段で検
知した反射面の角度と当該角度の目標値とを比較し、前
記曲げ角検知手段で検知する反射面の角度が常に目標値
と一致するように、前記静電力や磁気力等の電磁気力を
制御することを特徴としている。

【００３５】この実施態様にあっては、曲げ角検知手段
で検知した反射面の角度が目標値と一致するように制御
しているので、可動板の曲げ方向における反射面の回転
角度が目標値と一致するように制御することができる。
従って、光ビームの走査角を正確に制御することができ
る。また、フィードバックループを形成できるので、制
御系全体の安定性が向上し、衝撃などの外乱にも強くな
る。さらに、この光走査装置を物体検知用の光センサと
して用いる場合には、検知物体の位置情報を精確に得る
ことができる。

【００３６】請求項１１に記載の実施態様は、請求項４
に記載の光走査装置において、前記可動板には、曲げ変
形を生じさせるためのくびれ部が形成されていることを
特徴としている。

【００３７】可動板にくびれ部を設けると、可動板の弾
性変形する領域を限定することができるので、可動板の
剛性を小さくすることができ、曲げ変形に必要な力を小
さくでき、駆動力を小さく抑えることができて省電力化
を図れる。

【００３８】請求項１２に記載の実施態様は、請求項４
に記載の光走査装置において、前記可動板は、ベリリウ
ム銅やリン青銅等の疲労限の大きな金属材料によって形
成されていることを特徴としている。

【００３９】可動板をベリリウム銅やリン青銅等の疲労
限の大きな金属材料によって形成すれば、可動板が繰返
し曲げ変形しても破壊することがなく、光走査装置を高
速で長時間走査することができ、信頼性が向上する。し
かも、金属製の可動板それ自身が電極になるので、部品
点数や組立工数を低減することができ、製造コストを下
げることができる。

【００４０】請求項１３に記載の実施態様は、請求項４
に記載の光走査装置において、前記固定板には、前記可
動板の可動範囲を制限するためのストッパーが設けられ
ていることを特徴としている。

【００４１】可動板に可動範囲を制限するストッパを設
けていると、大きな力（例えば、落下衝撃力）が加わっ
ても、可動板が破壊限界値を越えるほど変形することが
なく、衝撃などに対する信頼性も向上し、振動下での使
用（例えば、自動車への搭載）も可能となる。

【００４２】請求項１４に記載の光走査装置は、固定板
と、該固定板と互いに向い合わせに配置された曲げ変形
可能な可動板と、固定板と可動板のそれぞれに設けられ
た静電力や磁気力等の電磁気力によって互いに作用し合
う部材と、この電磁気力を制御する制御手段と、可動板
に設けられた光源と、可動板の曲げ方向とは異なる方向
に前記固定板と可動板を共に回転させる回転駆動手段
と、を備えていることを特徴としている。

【００４３】この光走査装置にあっては、回転駆動手段
によって可動板が一方向に回転させられ、また電磁気力
によって可動板が別な方向に曲げ変形させられるので、
可動板に設けられた光源は２方向に回動し、光源から出
射された光ビームを２方向に走査させることができる。

【００４４】従って、この光走査装置にあっても、１つ
の光源を回転駆動手段と角度変化手段によって２方向に
回転させるようにしているので、光走査装置を小型化す
ることができる。しかも、光源が直接可動板に設けられ
ているので、複雑な光軸調整や組立精度を必要とせず、
製造コストを安価にすることができる。さらに、角度変
化手段は電磁気力によって反射面を強制的に回動させる
ものであって、光ビームの走査速度や走査範囲を自由に
調整することができる。

【００４５】請求項１５に記載の距離測定装置は、目標
物に光を走査するための請求項１〜１４記載の光走査装
置と、目標物からの反射光を受光する受光手段とを備
え、受光信号に基づいて目標物までの距離を測定するも
のであることを特徴としている。

【００４６】この距離測定装置にあっては、本発明の光
走査装置を搭載しているので、２次元状に光走査可能な
距離測定装置を小型で安価に実現できる。また、２次元
走査により、高密度に送光することが可能になり、より
長距離測定の可能な距離測定装置を提供できる。

【００４７】請求項１６に記載の光センサ装置は、検出
対象物に光を走査するための請求項１〜１４記載の光走
査装置と、検出対象物からの反射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、検出対象物の位置、形状、寸法、
もしくは検出対象物であるマーク、模様、符号、文字、
などの情報をセンシングするものであることを特徴とし
ている。

【００４８】本発明の光センサ装置は、本発明の光走査
装置を備えているので、小型かつ安価でありながら、２
次元状の検知領域（例えば、正方形や長方形の領域）で
物体を検知することができる。特に、バーコード、多段
バーコード、マトリックス化された２次元バーコードな
どの符号情報を読み取る用途に用いる場合には、小型か
つ安価で、しかも外乱振動のある環境下でも使用できる
符号情報読取装置として用いることができる。

【００４９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態による
光走査装置Ａを示す斜視図であり、図２はその側面図で
ある。回転駆動部１（回転駆動手段）は例えばステッピ
ングモータなどの制御用モータによって構成されてお
り、回動軸２を往復回動させられるようになっている。
回動軸２の回転速度や回動範囲などは自由に変化させる
ことができる。回動軸２の先端には回動ブロック３が支
持されている。回動ブロック３は、曲げ変形可能な可動
板４の下端両側部をスペーサ５を介して固定板６の下端
部に固定したものである。固定板６と一定距離ｄ₀を隔
てて対向するように支持された可動板４の前面には反射
面７が設けられており、背面には永久磁石８が取着され
ている。反射面７は、ミラーなどの別部材を可動板４に
接着して形成してもよいし、可動板４の表面に直接アル
ミニウムなどを蒸着させて形成してもよいし、可動板４
の表面を鏡面加工してもよい。

【００５０】可動板４を曲げ変形させるための角度変化
手段は、可動板４に設けられた永久磁石８と固定板６に
設けられたコイル９とから構成されている。永久磁石８
は、磁化方向が可動板４の前後方向を向くように配置さ
れており、例えば図２に示す向きとなっている。固定板
６は回路基板によって構成されており、磁界を発生させ
るコイル９は固定板６の背面に設けられている。また、
固定板６の背面には、コイル９を励磁すると共に回転駆
動部１を制御する駆動回路１０（制御手段）が設けられ
ている。また、固定板６にはコイル９の内周面と対向さ
せて開口１１が明けられており、可動板４に固定された
永久磁石８は当該開口１１及びコイル９内に一部挿入さ
れている。

【００５１】光走査装置Ａは、半導体レーザー素子や発
光ダイオード（ＬＥＤ）等の光源１２から出射された光
ビームαを反射面７で受光して反射するように配置され
ている。

【００５２】しかして、この光走査装置Ａにあっては、
回転駆動部１を駆動すると、回動ブロック３は回動軸２
の軸心イ（Ｚ軸方向）の回りに回動し、所定の回動範囲
で左右に首振り運動する。このとき反射面７で反射され
る光ビームαは、回動ブロック３が角度θｚだけ回転す
ると２θｚだけ走査角が変化し、水平方向（ｐ方向）に
走査される。また、回転駆動部１は、回動ブロック３を
任意の回転角θｚに回転させ、任意の位置で静止させる
こともできる。

【００５３】また、この光走査装置Ａにあっては、コイ
ル９に通電すると、右ねじの法則に従って、コイル９の
両端にＮＳの磁界が発生する。このときコイル９に発生
する磁界の向きが永久磁石８の磁化方向と同じ向きとな
るようにコイル９に通電すると、永久磁石８とコイル９
の互いに対向する側が逆極性となるので、永久磁石８は
コイル９内に引き込まれる。その結果、図３（ａ）に示
すように、可動板４は湾曲して固定板６に引き寄せられ
る。また、コイル９に発生する磁界の向きが永久磁石８
の磁化方向と逆向きとなるようにコイル９に通電する
と、永久磁石８とコイル９の互いに対向する側が同極性
となるので、永久磁石８はコイル９から反発される。そ
の結果、図３（ｂ）に示すように、可動板４は湾曲して
固定板６から離れる。従って、コイル９に交流電流を流
すと、永久磁石８とコイル９の磁気力によって可動板４
が曲げ振動する。曲げ振動している可動板４が回動軸２
の軸心に対して角度θｘだけ傾くと、反射面７で反射さ
れる光ビームαは２θｘだけ走査角が変化し、反射面７
で反射した光ビームαは図１の上下方向（ｑ方向）に走
査される。また、コイル９にいずれかの向きの一定の電
流を流すことにより、反射面７を任意の角度で静止させ
ることもできる。

【００５４】よって、回転駆動部１を駆動して回動ブロ
ック３を回動させながら、同時にコイル９に交番電流を
流して可動板４を振動させることにより、反射面７で反
射された光ビームαを２次元状に走査させることができ
る。また、この光走査装置Ａによれば、回転駆動部１を
制御することにより、またコイル９に流す電流の電流値
や周波数を変化させることにより、ｐ方向の走査範囲
（２θｚ）maxや走査速度、ｑ方向の走査範囲（２θ
ｘ）maxや走査速度を変化させることができる。

【００５５】また、この光走査装置Ａでは、ｐ方向とｑ
方向のうちいずれを主走査方向としていずれを従走査方
向とすることもできる。また、共振型でないので、ｐ方
向の任意の位置で静止させてｑ方向に１次元走査させた
り、ｑ方向の任意の位置で静止させてｐ方向に１次元走
査させたりすることもできる。さらに、２次元走査領域
内の任意の１点で光ビームαを静止させることもでき
る。

【００５６】回転駆動部１の下面には回動軸２の回転角
θｚを検知するためのロータリーエンコーダ等の回転駆
動角検知手段１３が設けられており、回動軸２の軸心
（Ｚ軸）回りにおける反射面７の回転角θｚは回転駆動
角検知手段１３で検知される。

【００５７】また、可動板４の曲げ角θｘをを検知する
曲げ角検知手段１４は、可動板４に設けられた電極１５
と当該電極１５に対向する位置に設けられた固定板６上
の電極１６によって構成されており、両電極１５，１６
間の静電容量Ｃを測定することにより曲げ角θｘを検知
する。すなわち、両電極１５，１６間の静電容量Ｃは、
電極１５，１６の面積Ｓ、電極間距離ｄ、電極１５，１
６間（空気）の誘電率εにより、次の式で表わされ
る。Ｃ＝εＳ／ｄ … 可動板４の固定端から電極１５までの距離をＬ、静止時
（コイル無通電時）の電極間距離をｄ₀とすると、可動
板４が屈曲している時の電極間距離はｄは、次の式で
表わされる。ｄ＝ｄ₀＋Ｌ・tan（θｘ） … 従って、上記及び式によれば、検出した静電容量Ｃ
から曲げ角θｘを求めることができる。

【００５８】こうして反射面７の回転角θｚと可動板４
の曲げ角θｘを検出すれば、その瞬間の光ビームαの走
査方向２θｚ、２θｘを求めることができる。

【００５９】可動板４は、例えばアルミ合金などの良導
電性の金属材料により形成すれば、可動板４に別途電極
１５を設ける必要がなくなり、可動板４自体と電極１６
によって曲げ角検知手段１４を構成することができ、部
品点数及び組立工数を低減する効果がある。また、可動
板４を例えばステンレス鋼などの疲労限の大きな金属材
料で形成すれば、可動板４が繰返し曲げ変形させられて
も破壊することがなく、信頼性が向上する。さらに、可
動板４を良導電性で、かつ疲労限の大きな金属材料、例
えばベリリウム銅やリン青銅で形成すれば、可動板４自
体と電極１６によって曲げ角検知手段１４を構成するこ
とができ、部品点数及び組立工数を低減する効果があ
り、同時に、可動板４が繰返し曲げ変形させられても破
壊することがなく、信頼性が向上する。

【００６０】また、固定板６の通孔１７と可動板４の通
孔１８には、可動板４と固定板６との距離に比べて十分
に長いストッパー１９が遊挿されており、ストッパー１
９の両端には通孔１７，１８よりも大きな抜け止め部２
０が設けられている。従って、可動板４は、固定板６と
反対側への可動範囲がストッパー１９によって制限され
ており、また可動板４の固定板６側への可動範囲は固定
板６によって制限されており、可動板４が大きく撓んで
永久歪や破壊を生じるのを防止されている。よって、可
動板４の耐衝撃性が高くなり、例えば落下衝撃力が加わ
っても可動板４が破壊限界値を越えるほど変形すること
がない。また、周囲から振動を受けながらの使用（例え
ば、自動車へ搭載した場合）も可能となる。

【００６１】なお、図１ではコイル９は固定板６の背面
に設けられているが、固定板６の正面に設けてあっても
よい。また、可動板４の曲げ角を検出するための電極１
５、１６は、図１では永久磁石８よりも下方に配置され
ているが、永久磁石８の両隣に配置してあってもよい。

【００６２】図４（ａ）は異なる形状の可動板４を示す
正面図である。この実施形態では、可動板４の中央部を
両端部に比べて細くすることにより、曲げ変形する際に
弾性変形する曲げ変形部２１（くびれ部）を設けてい
る。すなわち、図４（ｂ）に示す曲げ変形時の側面図の
ように、可動板４は両端部の幅の広い領域（反射面７は
当該領域に設けられている）では変形せず、中央部のく
びれている曲げ変形部２１でのみ弾性変形する。このよ
うに限定された曲げ変形部２１を設けた結果、可動板４
のばね剛性を小さくでき、曲げ変形に必要な力が小さく
て済むので、永久磁石８とコイル９を小形化でき、さら
に省電力化することができる。また、曲げ変形部２１の
根元及び先端部のコーナー部２２にはアールを付すこと
によって応力集中を緩和し、曲げ変形部２１の破損を防
止している。

【００６３】図５（ａ）はさらに異なる形状の可動板４
を示す正面図である。この実施形態においては、曲げ変
形によって可動板４の曲げ変形部２１に生じる応力が概
ね均等になるよう、根元から先端にかけて曲げ変形部２
１を次第に細くしたもの（等応力はり）である。この結
果、曲げ変形部２１の根元における応力集中を軽減で
き、破壊しにくく信頼性が向上する。

【００６４】図６は本発明のさらに別な実施形態による
光走査装置Ｂを示す斜視図である。この光走査装置Ｂに
あっては、可動板４の曲げ角を検出するための曲げ角検
知手段１４として、可動板４に貼着した歪ゲージやピエ
ゾ抵抗素子等の歪検出素子２３を用いている。従って、
歪検出素子２３の出力値（抵抗値）の変化に基づいて可
動板４の曲げ角θｘを検出することができる。

【００６５】図７は本発明のさらに別な実施態様による
光走査装置Ｃを示す斜視図である。この光走査装置Ｃに
あっては、可動板４を駆動するために永久磁石８とコイ
ル９を用いず、可動板４に設けた駆動電極２４と固定板
６に設けた駆動電極２５との間に働く静電力によって可
動板４を曲げ変形させている。例えば一方の駆動電極２
４（又は、２５）を負電位に保っておき、駆動回路１０
により他方の駆動電極２５（又は、２４）を一定周期毎
に正電位と負電位に切り替えると、駆動電極２４，２５
間の静電力によって可動板４が前後方向に曲げ変形して
振動し、反射面７で反射される光ビームαが２方向に走
査される。

【００６６】図８（ａ）（ｂ）は本発明のさらに別な実
施形態による光走査装置Ｄを示す斜視図及び側面図であ
る。この実施形態にあっては、回動ブロック３は、略Ｌ
字状に屈曲した固定板６に積層型圧電素子のような固体
アクチュエータ２６を介して可動板４の下端部を支持し
て構成されている。しかして、積層型圧電素子のような
固体アクチュエータ２６に交流電圧を印加すると、可動
板４の下端部が直線振動し、この直線振動は曲げ変形部
２１によって曲げ変形モードの振動に変換される。従っ
て、回転駆動部１によって回動ブロック３を回動させな
がら可動板４を曲げ変形モードで振動させると、反射面
７で反射された光ビームαは２方向に走査される。

【００６７】図９は本発明のさらに別な実施態様による
光走査装置Ｅを示す斜視図である。この光走査装置Ｅは
反射面７を備えておらず、可動板４の先端側に半導体レ
ーザー素子や発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子１
２を取り付けられている。しかして、この光走査装置Ｅ
にあっては、可動板４をθｚ方向及びθｘ方向に回動さ
せると、発光素子１２から出射された光ビームαは２次
元状に走査される。

【００６８】図１０は上記光走査装置、例えば光走査装
置Ａの反射面の走査角を制御する制御部２８を示すブロ
ック図であって、反射面７の回転角θｚ、θｘが目標値
θzo、θxoと一致するように制御するものである。回転
角θｚ、θｘの目標値θzo、θxoは設定手段２９により
設定される。反射面７の実際の回転角θｚは回転駆動角
検知手段１３によって検知されており、制御部２８は設
定された目標値θzoと検出した回転角θｚとを比較手段
３０によって比較し、反射面７の回転角θｚと目標値θ
zoの差が小さくなるよう、その差（θzo−θｚ）に比例
した動作信号を回路手段３１へ出力し、回転駆動部１が
出力する回転角θｚが目標値θzoと等しくなるように回
路手段３１により回転駆動部１を制御する。同様に、反
射面７の実際の回転角θｘは曲げ角検知手段１４によっ
て検知されており、制御部２８は設定された目標値θxo
と検出した回転角θｘとを比較手段３２によって比較
し、反射面７の回転角θｘと目標値θxoの差が小さくな
るよう、その差（θxo−θｘ）に比例した動作信号を回
路手段３３へ出力し、曲げ変形手段によって制御される
回転角θｘが目標値θxoと等しくなるよう回路手段３３
によってコイル９に流れる電流を制御する。

【００６９】この結果、設定された目標値に対応する走
査角２θｚ，２θｘで光ビームαを走査し、常に目標と
一致した位置に光ビームαを走査することができる。ま
た、制御部２８がフィードバックループを形成している
ので、衝撃などの外乱によって反射面７の角度θｚ，θ
ｘがずれても直ちに補正され、制御系全体の剛性ないし
安定性が向上し、衝撃などの外乱にも強くなる。さら
に、物体位置を検出するためのセンサとして用いられる
場合には、検知物体の正確な位置情報を得ることができ
る。

【００７０】また、図示しないが、設定手段２９より光
ビームαの回転範囲の目標値（θzo）maxや（θxo）max
を入力すると、回転駆動角検知手段１３や曲げ角検知手
段１４によって検知した実際の回転範囲（θｚ）maxや
（θｘ）maxがそれぞれの目標値と等しくなるようにフ
ィードバックループを形成してもよい。このような制御
部２８によれば、光ビームを正確な走査範囲（２θzo）
max，（２θxo）maxで走査させることができる。

【００７１】図１１は、本発明の光走査装置Ｆを用いた
レーザ測距装置Ｇの実施例を示すブロック図である。こ
のレーザ測距装置Ｇは、本発明の光走査装置Ｆ、近赤外
線パルスレーザなどの発光素子４１とレンズのような光
学素子４２からなる光源１２、フォトダイオード等の受
光素子４３、発光素子４１を駆動して光パルスα１を出
射させる駆動回路４４、光走査装置Ｆを駆動する駆動回
路１０、受光素子４３からの受光信号を電気的に処理す
る信号処理回路４６、および駆動回路４４，１０と信号
処理回路４６を制御する制御部４７から構成されてい
る。

【００７２】このレーザ測距装置Ｇは、発光素子４２か
ら出射された光パルスα１を、光走査装置Ｆにより検知
物体４５に向けて２次元状に走査する。このとき出射さ
れた光パルスα１が検知物体４５に当たり、検知物体４
５から反射されてくる光パルスα２を受光素子４３で検
知する。そして、受光素子４３から出力される受光信号
を信号処理回路４６で増幅し、出射された光パルスα１
と受光された光パルスα２の時間的遅延を演算すること
で、検知物体４５までの距離を測定できる。

【００７３】図１２は、本発明の光走査装置Ｆを用いた
光センサ装置Ｈの実施例を示すブロック図である。この
光センサ装置Ｈは、本発明の光走査装置Ｆ、半導体レー
ザ素子などの発光素子４１とレンズのような光学素子４
２からなる光源１２、フォトダイオード等の受光素子４
３、発光素子４１を駆動して光ビームαを出射させる駆
動回路４４、光走査装置Ｆを駆動する駆動回路１０、受
光素子４３からの受光信号を電気的に処理する信号処理
回路４６、および駆動回路４４，１０と信号処理回路４
６を制御する制御部４７から構成されている。

【００７４】この光センサ装置Ｈは、発光素子４１から
出射された光ビームαを光走査装置Ｆにより検知領域に
向けて出射するとともに、検知領域内で２次元状の走査
パターンに沿って光ビームαを走査する。このとき検知
領域内に検知物体４５が存在すると、検知物体４５で反
射した光ビームαが受光素子４３で検知される。そし
て、光ビームαを受光した受光素子４３から出力される
受光信号を信号処理回路４６で信号処理および信号解析
することにより検知領域内に物体４５が存在するか否
か、さらに物体４５の形状等が検出される。

【００７５】図１３は、本発明の光走査装置Ｆを用いた
符号情報読取装置Ｊの実施例である。図１２の光センサ
装置Ｈと同様な構成の光センサ装置をバーコード、多段
バーコード、マトリックス化された２次元バーコードな
どの符号情報４８を読み取る用途に用いることにより、
本発明の光走査装置Ｆを用いた符号情報読取装置Ｊを提
供できる。もっとも、受光素子４３では、バーコードの
バーとスペースに応じた反射光を受光するので、信号処
理回路４６は当該受光信号からバーコード等を解読する
ためのデコード機能を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による光走査装置を示す斜
視図である。

【図２】同上の光走査装置の側面図である。

【図３】（ａ）（ｂ）は同上の光走査装置の動作を説明
する一部破断した側面図である。

【図４】（ａ）は異なる形状の可動板を示す正面図、
（ｂ）はその曲げ変形の様子を示す側面図である。

【図５】（ａ）はさらに異なる形状の可動板を示す正面
図、（ｂ）はその曲げ変形の様子を示す側面図である。

【図６】本発明の別な実施形態による光走査装置を示す
斜視図である。

【図７】本発明のさらに別な実施形態による光走査装置
を示す側面図である。

【図８】（ａ）（ｂ）は本発明のさらに別な実施形態に
よる光走査装置を示す斜視図及び側面図である。

【図９】本発明のさらに別な実施形態による光走査装置
を示す斜視図である。

【図１０】光走査装置の制御部の構成を示すブロック図
である。

【図１１】本発明に係るレーザ測距装置の構成を示すブ
ロック図である。

【図１２】本発明に係る光センサ装置の構成を示すブロ
ック図である。

【図１３】本発明に係る符号情報読取装置の構成を示す
ブロック図である。

【図１４】従来の光走査装置を示す概略斜視図である。

【図１５】従来の別な光走査装置を示す斜視図である。

【符号の説明】

１回転駆動部（回転駆動手段）２回動軸４可動板６固定板７反射面８永久磁石９コイル１０駆動回路（制御手段）１２光源１３回転駆動角検知手段１４曲げ角検知手段１５，１６電極１９ストッパー２１曲げ変形部（くびれ部）２３歪検出素子２４，２５駆動電極２６固体アクチュエータ２８制御部２９設定手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を反射させる反射面と、前記反射面を回転させる回転駆動手段と、前記反射面と前記回転駆動手段の回転軸とのなす角度
を、静電力や磁気力等の電磁気力によって変化させる角
度変化手段と、から構成されていることを特徴とする光
走査装置。
【請求項２】前記回転駆動手段は、前記反射面ととも
に前記角度変化手段を回転させるものである、請求項１
に記載の光走査装置。
【請求項３】前記角度変化手段は、曲げ変形可能な可
動板を備え、静電力や磁気力等の電磁気力によって生じ
る可動板の曲げにより前記反射面と前記回転駆動手段の
回転軸とのなす角度を変化させるものである、請求項１
又は２に記載の光走査装置。
【請求項４】前記角度変化手段は、固定板と可動板と
を互いに向い合せて配置し、固定板と可動板のそれぞれ
に静電力や磁気力等の電磁気力によって互いに作用し合
う部材を設け、可動板に反射面を設けたものである、請
求項３に記載の光走査装置。
【請求項５】固定板と可動板とは一部において互いに
固定され、回転駆動手段は当該固定板及び可動板を共に
回転させるようになっている、請求項４に記載の光走査
装置。
【請求項６】固定板の背面側に静電力や磁気力等の電
磁気力を制御する制御手段を設けた、請求項４に記載の
光走査装置。
【請求項７】前記反射面と前記回転駆動手段の回転軸
とのなす角度を検出する曲げ角検出手段を備えた、請求
項４に記載の光走査装置。
【請求項８】前記曲げ角検知手段は、固定板と可動板
との間の静電容量に基づいて、前記反射面と前記回転駆
動手段の回転軸とのなす角度を検出するものである、請
求項７に記載の光走査装置。
【請求項９】前記曲げ角検知手段は、可動板に取り付
けられた歪ゲージ等の歪検出素子の値に基づいて、前記
反射面と前記回転駆動手段の回転軸とのなす角度を検出
するものである、請求項７に記載の光走査装置。
【請求項１０】前記曲げ角検知手段で検知した反射面
の角度と当該角度の目標値とを比較し、前記曲げ角検知
手段で検知する反射面の角度が常に目標値と一致するよ
うに、前記静電力や磁気力等の電磁気力を制御すること
を特徴とする、請求項７に記載の光走査装置。
【請求項１１】前記可動板には、曲げ変形を生じさせ
るためのくびれ部が形成され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１２】前記可動板は、ベリリウム銅やリン青
銅等の疲労限の大きな金属材料によって形成されている
ことを特徴とする、請求項４に記載の光走査装置。
【請求項１３】前記固定板には、前記可動板の可動範
囲を制限するためのストッパーが設けられていることを
特徴とする、請求項４に記載の光走査装置。
【請求項１４】固定板と、該固定板と互いに向い合わせに配置された曲げ変形可能
な可動板と、固定板と可動板のそれぞれに設けられた静電力や磁気力
等の電磁気力によって互いに作用し合う部材と、この電磁気力を制御する制御手段と、可動板に設けられた光源と、可動板の曲げ方向とは異なる方向に前記固定板と可動板
を共に回転させる回転駆動手段と、を備えていることを
特徴とする光走査装置。
【請求項１５】目標物に光を走査するための請求項１
〜１４記載の光走査装置と、目標物からの反射光を受光
する受光手段とを備え、受光信号に基づいて目標物までの距離を測定する距離測
定装置。
【請求項１６】検出対象物に光を走査するための請求
項１〜１４記載の光走査装置と、検出対象物からの反射
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、検出対象物の位置、形状、寸法、もしくは検出対象物で
あるマーク、模様、符号、文字、などの情報をセンシン
グする光センサ装置。