JP2002204021A - レーザ光ビーム放射装置ならびにその装置および光ビーム放射源用の保護パッケージを備えた光学式読取装置 - Google Patents

レーザ光ビーム放射装置ならびにその装置および光ビーム放射源用の保護パッケージを備えた光学式読取装置

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JP2002204021A JP2001329519A JP2001329519A JP2002204021A JP 2002204021 A JP2002204021 A JP 2002204021A JP 2001329519 A JP2001329519 A JP 2001329519A JP 2001329519 A JP2001329519 A JP 2001329519A JP 2002204021 A JP2002204021 A JP 2002204021A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が簡単で組立の容易であるとともに、被
写界深度を増加させる光ビーム放射装置を提供する。 【解決手段】 パッケージ６およびこのパッケージ６内
に収納されたレーザ光ビーム発生手段４を有するレーザ
光ビーム放射源２０であって、パッケージ６にレーザ光
ビーム放射窓１１が設けられているレーザ光ビーム放射
源２０と、レーザ光ビームの中心部分を選択するダイヤ
フラム１２とを備え、さらにパッケージ６がダイヤフラ
ムを１２備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光ビーム放
射装置およびこの装置を備えた光学式読取装置に関す
る。
【０００２】本発明は、また、光ビーム放射源を保護お
よび／または絶縁するパッケージに関するものであり、
前記パッケージは、特に、本発明のレーザ光ビーム放射
装置および／または光学式読取装置に使用される。
【０００３】本発明は、さらに、光ビームを放射し、同
時に照明された光学コードから拡散された光を収集する
光学装置、およびこのような光放射および検出装置を備
えた光学式読取装置に関する。
【０００４】本明細書において、「光学式読取装置」と
いう語は、物体(object)により拡散される光信号の収集
と処理によって、物体に関する符号化情報（例えば、距
離、体積、サイズまたはその識別データ）を取得できる
すべての装置を指す。一方、「光学コード」という語
は、物体上に施され、物体を一義的に識別できるコード
（例えば、バーコード、２次元コード等）を指す。
【０００５】
【従来の技術】例示の目的と以下の説明を明瞭にするた
めに、以下の説明では、光学コード読取装置を代表的参
照に用いる。
【０００６】最も単純な実施形態では、光学コード読取
装置は、物体を照明するための照明信号を放射する放射
源と、照明された物体により拡散される光信号を集光
し、これに比例する電気信号を発生する光検出手段と、
この発生した電気信号を合成処理して所望の情報を取得
する処理手段とを備える。さらに、放射源の下流には、
放射源により放射された照明信号を所定距離の位置で集
光させる集束レンズを配置できる。
【０００７】既に知られているように、特に小型で低コ
ストの光学式読取装置では、集光ビームを放射する装置
および／または集光学装置が低コストかつ小型であるこ
とが必要である。このために、放射源として半導体レー
ザダイオードが使用され、広く普及している。
【０００８】半導体レーザダイオードは、本来、半導体
材料チップ（一般的に深さ２００〜３００μm、幅２５
０〜３００μm、高さ１００〜１５０μm）を備える。こ
のチップは、大気中の作用物質と静電荷に対する感度が
高いため、特殊な支持部材に完全に固定され、外部環境
からこのチップを絶縁および／または保護する特殊なパ
ッケージ内に収納されている。パッケージは、基本的
に、ほぼ円筒形状の金属カプセルからなる。このパッケ
ージの第１端部では、前記カプセルに、ダイオードに電
力供給する各電気接続素子に接触するシートが設けられ
ている。他端部では、前記カプセルに、前記ダイオード
によって発生する光ビームを放射するガラス窓を備えた
供給面が設けられている。チップ支持部材は、また、動
作中のダイオードのヒートシンクとしても作用する。
【０００９】一般に、半導体レーザダイオードの前記窓
は、照明エネルギーをできる限り多く放出できるように
製作され、これにより効率を低下させずにレーザの全照
明パワーを活用できる。したがって、窓のサイズは相対
的に大きくなる。
【００１０】しかし、半導体レーザダイオードの使用
は、一方で照明および／または集光装置の全体のコスト
とサイズ、つまり読取装置のコストとサイズの点で利点
を有すると、他方では、読取装置に近い距離に配置され
た場合に光学コードの読取りの信頼性に劣る欠点を持
つ。これは、主として、たとえ小さくても所定の距離範
囲に対する平行性と集光性を維持する光ビームを発生で
きないためである。
【００１１】したがって、光学式読取装置では、小さい
被写界深度の集光レーザビームを発生して、近い距離に
配置された光学コードに対しても高信頼読取を可能にす
る必要がある。これは、焦点位置でのレーザスポットが
読取るべき光情報のモジュール（すなわち、コードの最
小エレメント）のサイズに等しいか、またはわずかに大
きい直径（１．５倍）を有する必要があることを意味
し、またスポットが所定の伝播距離に対して前記の直径
を維持する必要があることを意味する。
【００１２】十分な被写界深度を得るための当技術にお
ける既知の方法は、放射レーザビームの中心部分だけを
通過させる開口（ダイヤフラム）の効果を利用して、レ
ーザダイオードから発光するレーザビームを処理する工
程を備える。
【００１３】実際、光波面が波面の周縁部を除去するよ
うな任意の形状の開口を通過すると、前記開口の下流の
光度分布は回折により決まることが知られている。前記
分布は回折パターンとして知られており、焦点における
レーザビームのスポットに相当する。その分布の形状と
サイズは、開口サイズおよびパターンを観測する距離に
依存し、入射波面の曲率半径により左右される（入射波
面が平面の場合、半径は無限大となる）。
【００１４】回折パターンの形状は、上述の考えられる
可変要素すべてを含むパラメータに依存する。前記パラ
メータはフレネル数として知られ、以下の関係式で定義
される。 Ｎ＝ａ2／（λ・Ｚ） ここでａはスポット直径を測定する方向での開口寸法の
１／２であり、λは波長、Ｚは実効観測距離である（平
面波面の場合、Ｚは実際の観測距離であり、曲面波面の
場合、波面の曲率半径によって実効観測距離は実際の観
測距離とは異なる）。
【００１５】実際には、開口からの回折の主たる効果
は、焦点におけるレーザビームのサイズを増加させるこ
とと、長い距離間隔に対してスポットの平行化およびほ
ぼ同一プロファイルを維持することとの両方である。さ
らに、光学コードの光学式読取り用のスポットに適切な
形状を与える効果を持つ（特に、スポットは高輝度の集
束された中心部分を持つ）。このように、読取り視野
（被写界深度）を増す利点がある。
【００１６】多くの場合、極めて広範囲の距離に置かれ
た光学支持体上の符号化情報を読取ることができるのが
望ましい。つまり、読取装置は広い読取り領域（焦点深
度または被写界深度のいずれか）を持つ必要がある。こ
のような必要性は、例えば光学コードによって識別され
る物体を分配して分類する処理装置において、前記物体
が相互に大きく異なる高さを有する場合に発生する。こ
の場合、レーザスポットはできる限り広範囲の伝播距離
に対して集束状態を維持する必要がある。
【００１７】十分な被写界深度を得るための当技術にお
ける既知の方法は、集束装置（レンズ）と放射レーザビ
ームの中心部分だけを通過させる開口（ダイヤフラム）
の組合せ効果を利用して、レーザダイオードから放射さ
れたレーザビームを処理する工程を備える。実際、レン
ズにより生じる集光効果と開口により生じる回折効果を
合わせることにより、特に広い被写界深度を持つ集光ビ
ームを得ることができることが実験的に立証されてい
る。
【００１８】集束レンズによるレーザビームの集光効果
と、レンズと焦点間（または放射源とレンズ間）におけ
る開口の介在による回折効果との組合せにより、形状が
開口に相当する回折パターンであって、レンズの動作に
よる拡大または縮小に依存してサイズが調整されるスポ
ットが、焦点とその周辺に得られる。これにより、高信
頼の読取りが異なる距離で実行可能になる。
【００１９】開口を通過する光ビームの回折の採用によ
って、焦点における光ビームのスポットサイズが増加
し、また読取装置の発光効率は低下するが、この採用
は、一方でスポットの極端な集光を防止し（例えば、支
持の不完全さに影響されないように）、他方で読取装置
の読取り領域を増大させるならば、特に有利である。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】従来技術では、光学式
読取装置の読取り領域を増加させる目的で、レーザビー
ムの集光と回折の組合せ効果を利用するレーザ読取装置
が知られている。例えば、欧州特許出願第３６７２９９
号には、ダイヤフラムおよび集束レンズと組合せた半導
体レーザダイオードを備えた、バーコードを読取るレー
ザダイオード走査装置を開示している。このような装置
ではダイヤフラムと集束レンズの相対配置に特に注意を
払い、所望の集光および回折効果を得て、高信頼読取り
を実現する必要がある。実際には、ダイオード、ダイヤ
フラムおよびレンズ間の適切な機械的結合、支持および
配列機構を設ける必要がある。これによって、コスト高
と組立時間の増加が避けられない。さらに、いくつかの
個別の光学部品（ダイオード、ダイヤフラム、集束レン
ズ）は、適切な方法で相互に配置される必要があり、装
置を過度に小型化するのは不可能である。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明の基礎とする技術
的問題は、一方では構造が簡単で組立の容易な、低コス
トで小型の光ビーム放射装置を提供して、例えば小型で
低コストの光学式読取装置（例えば、携帯型読取装置）
内に組み込まれることであり、他方では放射レーザビー
ムの回折を採用することによる利点（特に装置および／
または読取装置の被写界深度を増加）をすべて得ること
である。
【００２２】上記目的を達成するために、本発明の第1
構成にかかるレーザ光ビームを放射する光学装置は、パ
ッケージおよびこのパッケージ内に収納されたレーザ光
ビーム発生手段を有するレーザ光ビーム放射源であっ
て、前記パッケージにレーザ光ビーム放射窓が設けられ
ているレーザ光ビーム放射源と、レーザ光ビームの中心
部分を選択するダイヤフラムとを備え、前記パッケージ
が前記ダイヤフラムを備えていることを特徴とする。
【００２３】有利な実施形態では、本発明にかかる装置
に、放射源から発生するレーザ光ビームに回折を発生さ
せるダイヤフラムが設けられているので、増加した被写
界深度を得ることができる。さらに有利な実施形態で
は、前記ダイヤフラムが光源を保護および／または絶縁
するパッケージに構造的に結合され、前記パッケージの
一部となっているので、放射装置とこの放射装置を内部
に組み込む光学式読取装置の全体寸法を大幅に減少させ
ることができる。さらに、本発明の装置は構造的観点か
ら見て極めて単純であるので、広く使用されている光学
素子の使用を可能にする。これは製造コストの低減を意
味する。
【００２４】このように、本発明によれば、放射源のパ
ッケージの出口で、指定された断面積で十分な被写界深
度を持つレーザビームを直接発生することができる。最
新の組立方法によってパッケージ窓に対して光源を正確
に配置できることを考慮すると、パッケージの出力でレ
ーザ光ビームを得ることが可能であり、このビームはパ
ッケージの下流側でさらにビームの周縁部を除去する必
要なく、選択的に集光されるようになっている。従来の
装置に関する前述の欠点、特にダイヤフラムと放射窓と
の光学的配列に注意を必要とすることに関連する欠点
は、このようにして除去される。
【００２５】前述の有利な点は、レーザ光ビーム放射源
が半導体レーザダイオードの場合に特に顕著であるが、
光ビーム放射用の窓を有する特殊保護パッケージを備え
る他のタイプの光源を用いても同一の利点を得ることが
できる。
【００２６】本発明の装置の第1実施形態では、ダイヤ
フラムはレーザ光ビーム放射窓においてパッケージに直
接結合されている。さらに好ましくは、ダイヤフラムは
レーザ光ビーム放射窓内に直接収納されている。
【００２７】本発明の装置の特に有利な実施形態では、
レーザ光ビーム放射窓はそれ自体がダイヤフラムとなる
ように形付けられている。このように、有利な実施形態
では、前記レーザ光ビーム放射窓において得られるレー
ザ光ビームの横断面サイズに比べて小さいサイズと形状
を持つ放射窓を実現することにより、前記ビームを指定
された形状とサイズで伝播し、同時にビーム中に回折を
発生できる。本発明によれば、所望の回折効果を得るに
は、パッケージ窓を適切な形状とするだけで十分であ
る。すなわち、所定の形状とサイズを持つ放射ダイヤフ
ラム／窓を有する単一のオプトエレクトロニクス素子
（パッケージ）が実現する。
【００２８】前述のように、本発明の装置は、好ましく
は光学式読取装置内、例えば光学コード読取装置に取付
けられる。一般に行われている任意的な光学コード読取
りは、選択的な方向に沿って、または多数の方向（全方
向）に沿って実行される。本発明によれば、読取り（ま
たは走査）方向に直角な方向のコードの高信頼読取りを
可能にするために、放射窓は、読取り方向に沿って２よ
りも小さい、好ましくは１．２よりも小さいフレネル数
を持ち、直交方向に沿って６よりも小さいフレネル数を
持つ開口を画定する。さらに好ましくは、全方向に沿っ
て高信頼読取りを行うために、読取装置に対するコード
の方向とは無関係に、開口は全方向に沿って２よりも小
さいフレネル数を定義する。
【００２９】前述のように、開口により発生する回折パ
ターンの形状（スポット）は、以下の関係式で定義され
るフレネル数の関数である。 Ｎ＝ａ2／（λ・Ｚ） ここでａはスポット直径を測定する方向での開口寸法の
１／２であり、λは波長、Ｚは実効観測距離である。フ
レネル数を適切に選択することにより、その都度レーザ
スポットの形状を選択して、高信頼読取りを得ることが
可能である。
【００３０】特に好ましい実施形態によれば、本発明に
かかる装置は、さらに集束レンズを備える。これによ
り、集光効果と回折効果の組合せから生じる前述の利点
すべてを得ることができる。
【００３１】本発明にかかる装置の実施形態によれば、
集束レンズは前記光ビーム放射窓においてパッケージに
直接結合されている。集束レンズとレーザ光ビーム放射
窓の間の安定結合における安全性を保証するために、本
発明にかかる装置は、好ましくは、さらに集束レンズと
レーザ光ビーム放射窓の間に接着剤を備える。
【００３２】本発明にかかる装置の特に有利な実施形態
では、集束レンズは光ビーム放射窓内に収納され、レン
ズ自体が前記ダイヤフラムとなっている。好ましくは、
集束レンズはフレネルレンズまたは回折レンズである。
実際、光リソグラフィ法によって、極めて小型で薄いフ
レネルレンズまたは回折レンズが実現される。これらレ
ンズは、妥当な価格で複写によってプラスティックを用
いて製作される。このようなレンズはそれ自体がレーザ
光ビーム放射源のパッケージの窓／ダイヤフラムとなっ
ており、前述の回折効果と集光効果の組合せから生じる
利点すべてを得ることができる。
【００３３】いずれにせよ、選択した実施形態のタイプ
とは無関係に、放射源のパッケージ内に集束レンズを組
み込むことにより、本発明にかかる装置が取付けられた
光学式読取装置の全体サイズをさらに小さくすることが
できる。さらに、従来技術に関する前述の欠点、特に放
射源とダイヤフラムに対する集束レンズの光学的配列に
注意を必要とすることに関連する欠点は、このようにし
て除去される。
【００３４】本発明にかかる装置の別の実施形態では、
パッケージは長手方向軸Ｚに沿って延びるほぼ円筒形状
であり、放射光ビームが前記長手方向軸Ｚに対してほぼ
直交する方向に伝播するように、光ビーム放射源はパッ
ケージ内に配置されている。これが特に有利であるの
は、例えば全体サイズの小型化の要求により、光ビーム
がパッケージ組立体の平面に対して極めて低い高さで発
生する必要がある場合、または組立上の要求により、放
射源のすべての光電部品が取付けられている面に対して
ビームが平行に伝播する必要がある場合である。この実
施形態は前述の実施形態すべてに有利に適合する。
【００３５】本発明にかかる装置の特に好ましい実施形
態では、前記パッケージは２つの光学的に分離した部分
（それぞれ第１および第２部分）に分割されたキャビテ
ィを持ち、一方の部分は光ビームを発生する手段を収納
し、他方の部分は光ビームを発生する前記手段により照
明された光学コードにより拡散された光信号を検出する
受光手段を収納する。前記第１キャビティ部分の第１壁
には前記光放射窓が形成され、前記第２キャビティ部分
の第２壁には照明された光学コードから拡散された光ビ
ームを集光する窓が形成され、前記第１および第２壁は
互いに直交している。このように、単一の放射および検
出装置は実装に好都合であり、この装置が組み込まれる
読取装置の全体寸法を極度に制限できる。
【００３６】前述のタイプのパッケージにより、非再帰
反射走査式読取装置内の部品の一般的な配置を利用でき
る。実際、前述のタイプの走査式読取装置では、既知の
ように、レーザビームは振動または回転ミラーに４５°
の角度で入射する。このミラーはレーザビーム放射方向
に対して直角方向の走査を発生し、次に前記レーザビー
ムは光学コードを照明する。このコードにより拡散され
た光はフォトダイオードにより集光される。コードに対
して最大集光表面が対面するように、このフォトダイオ
ードの表面は光学コードが施されている面に対向し、す
なわち前記表面はコード面にほぼ平行である。
【００３７】限定されないが、好ましくは、本発明の光
放射装置、パッケージまたは光放射および検出装置は、
特に、例えば携帯型光学コード読取装置のような小型で
低コストの光学式読取装置に使用される。
【００３８】本発明の第２構成にかかる光学式読取装置
は、光学コードを照明するレーザ光ビーム放射装置と、
前記光学コードを少なくとも１回走査する手段と、照明
された光学コードにより拡散された光信号を集光して、
これに比例する電気信号を発生する光検出手段と、電気
信号を合成して処理する処理手段とを備え、前記レーザ
光ビーム放射装置が前述の光学装置であることを特徴と
する。
【００３９】このような読取装置は小型で低価格の装置
であり、本発明の光放射装置に関する前述の利点すべて
を得ることができる。
【００４０】本発明の第３構成にかかる光ビーム放射源
を保護および／または絶縁するパッケージは、光ビーム
発生手段を収納するキャビティと、前記光ビームを放射
できる窓が設けられた壁とを備え、光ビームの中心部分
を選択するダイヤフラムを備えることを特徴とする。こ
のようなパッケージは、前述のタイプの装置および／ま
たは読取装置内に組み込まれるのに特に適し、これによ
り前述の利点を達成できる。好ましくは、前記放射源は
半導体レーザダイオードである。
【００４１】本発明のパッケージの第1実施形態では、
前記ダイヤフラムは前記光ビーム放射窓において前記壁
に結合されている。好ましくは、ダイヤフラムは光ビー
ム放射窓内に収納されている。本発明のパッケージの好
ましい実施形態では、前記放射窓はそれ自体が前記ダイ
ヤフラムとなるように形付けられている。
【００４２】特に好ましい実施形態によれば、本発明の
パッケージはさらに集束レンズを備えている。本発明に
かかるパケージの別の実施形態によれば、集束レンズは
前記光ビーム放射窓においてパッケージに直接結合され
ている。好ましくは、接着剤が集束レンズと放射窓の間
に挿入されている。
【００４３】好ましくは、集束レンズは光ビーム放射窓
内に収納され、それ自体がダイヤフラムとなっている。
さらに好ましくは、集束レンズはフレネルレンズまたは
回折レンズである。
【００４４】別の実施形態によれば、本発明にかかるパ
ッケージでは、長手方向軸Ｚが定められ、放射光ビーム
が前記長手方向軸Ｚに対してほぼ直角方向に沿って伝播
するように、前記光ビーム発生手段は前記キャビティ内
に配置されている。
【００４５】本発明にかかるパッケージの特に好ましい
実施形態では、前記キャビティは２つの光学的に分離し
た部分（それぞれ第１および第２部分）に分割され、一
方の部分は光ビームを発生する手段を収納し、他方の部
分は光ビームを発生する前記手段により照明された光学
コードにより拡散された光信号を検出する受光手段を収
納する。前記第１キャビティ部分の第１壁には前記放射
窓が形成され、前記第２キャビティ部分の第２壁には照
明された光学コードから拡散された光ビームを集光する
窓が形成され、前記第１および第２壁は互いに直交して
いる。
【００４６】本発明にかかるパッケージの前述の各実施
形態は、前述の光放射装置の対応する実施形態に関連し
て述べた利点と同一の利点を得ることができる。
【００４７】本発明の第４構成にかかる、光信号を放射
および検出する光学装置は、パッケージおよびこのパッ
ケージの第１部分内に収納された光ビーム発生手段を有
する光ビーム放射源であって、前記第１部分に光ビーム
放射窓が形成されている光ビーム放射源と、前記放射源
により照明された光学コードにより拡散された光信号を
検出する受光手段とを備え、前記受光手段は、前記第１
部分から光学的に分離された前記パッケージの第２部分
内に収納され、この第２部分に照明された光学コードに
より拡散された光信号を集光する窓が設けられているこ
とを特徴とする。
【００４８】これにより、前記装置が組み込まれる読取
装置の全体寸法を極度に制限できる、単一の光放射およ
び検出装置を実現できる。前述の光放射装置に関して前
に述べたように、本発明の光放射および検出装置によれ
ば、非再帰反射走査式読取装置内の部品の一般的配置を
利用できる。
【００４９】好ましくは、光放射源は半導体レーザダイ
オードを備える。さらに好ましくは、前記放射窓および
集光窓は、それぞれ前記パッケージの第1壁および第２
壁に形成され、互いに直交して放射光の一部が受光手段
に直接到達するのを防止している。
【００５０】本発明の好ましい実施形態では、前記装置
は、さらに光ビームの中心部分を選択する少なくとも１
つのダイヤフラムを備える。
【００５１】本発明にかかる装置の第１実施形態では、
前記ダイヤフラムは前記レーザ光ビーム放射窓において
前記パッケージに直接結合されている。好ましくは、前
記ダイヤフラムは光ビーム放射窓内に直接収納されてい
る。
【００５２】本発明にかかる装置の好ましい実施形態で
は、前記光ビーム放射窓はそれ自体がダイヤフラムとな
るように形付けられている。好ましくは、光ビーム放射
窓のサイズは、前記レーザ光ビーム放射窓において得ら
れるレーザ光ビームの横断面サイズに比べて小さい。
【００５３】好ましくは、放射窓は、所定の読取り方向
に沿って２よりも小さい、好ましくは１．２よりも小さ
いフレネル数を持ち、前記読取方向に直交する方向に沿
って２よりも小さいフレネル数を持つ開口を画定する。
【００５４】好ましい実施形態によれば、本発明にかか
る装置はさらに集束レンズを備える。前記集束レンズは
前記光ビーム放射窓において前記パッケージに直接結合
されているか、または好ましくは、前記集束レンズは光
ビーム放射窓内に収納され、集束レンズ自体がダイヤフ
ラムになっている。前者の場合、好ましくは、装置は集
束レンズと光ビーム放射窓の間に挿入された接着剤を備
える。後者の場合、好ましくは、集束レンズはフレネル
レンズまたは回折レンズである。
【００５５】本発明にかかる光放射および検出装置の２
つ実施形態は、それぞれ前述のレーザ光ビーム放射装置
の対応する実施形態に関連して述べた利点と同一の利点
を得ることができる。
【００５６】好ましくは、本発明にかかる放射および検
出装置は、さらにパッケージの第１部分と第２部分の間
に置かれた光を通さない材料から作製された壁を備え、
これにより前記２つの部分間を光学的に分離できる。
【００５７】本発明の第５構成にかかる光学式読取装置
は、光学コードを照明する光ビーム放射装置と、光学コ
ードを走査する手段と、照明された光学コードにより拡
散された光信号を検出して、これに比例する電気信号を
発生する検出装置と、前記電気信号を合成処理する手段
とを備え、前記放射装置および前記検出装置は、前述の
タイプの単一の光放射および検出装置から構成されてい
ることを特徴とする。
【００５８】特に、有利な実施形態では、前記光学式読
取装置は小型で低価格の非再帰反射走査式読取装置であ
る。このような読取装置では、本発明の光放射装置およ
び／または光放射および検出装置に関して上述した利点
すべてを得ることができる。
【００５９】本発明の第６構成にかかる光ビーム放射源
に対する保護および／または絶縁パッケージは、光ビー
ム発生手段を収納し、前記光ビームを放射できる窓が形
成された第１壁が設けられた第１キャビティ部分を備
え、さらに前記光ビーム発生手段により照明される光学
コードにより拡散された光信号を検出する受光手段を収
納する第２キャビティ部分を備え、照明された光学コー
ドにより拡散された光信号を集光する窓が形成された第
２壁が設けられ、前記第２キャビティ部分が前記第１キ
ャビティ部分に対して光学的に分離されていることを特
徴とする。このようなパッケージは前述のタイプの光放
射および検出装置ならびに／または光学式読取装置内に
組み込まれるのに特に適し、したがって前述の利点が達
成される。
【００６０】好ましくは、前記パッケージは本発明にか
かる光放射および検出装置に関連して述べた構造および
／または特徴をすべて備える。
【００６１】
【発明の実施の形態】本発明の別の特徴と利点は、添付
図面を参照してなされる、いくつかの好ましい実施形態
の以下の詳細な説明により明らかになるであろう。
【００６２】図３および４において、参照符号１は、本
発明かかるレーザ光ビームを放射する光学装置（レーザ
光ビーム放射装置）を示す。装置１は小型で低価格の光
学式読取装置（例えば、光学コードの携帯型読取装置）
に使用されるものであって、光ビームの被写界深度を増
加させて、光学式読取装置に対して異なる距離（近距離
でも）に置かれた情報の読取りを可能にする目的を持つ
ものである。
【００６３】装置１はレーザビームのような光ビーム３
（図１）を放射する光放射源２０、例えば半導体レーザ
ダイオードを備える。ダイオード２０から放射されるレ
ーザビーム３は、端面発光型レーザの場合は楕円形断
面、ＶＣＳＥＬレーザ（垂直共振器型面発光型レーザ）
の場合は円形断面を有する。
【００６４】以下の説明では、レーザ光ビームの放射源
として半導体レーザダイオードを明瞭な参照のために用
いる。しかし、当業者には、異なる種類の放射源にも同
様に適用できることは理解され、いかなる場合も光ビー
ム放射窓が設けられた保護パッケージを備える。
【００６５】本発明の装置の説明と従来技術の装置との
差異を明確にするために、最初に図1を参照する。図１
は従来タイプ（従来技術）の半導体レーザダイオード２
を示す。
【００６６】一般に、従来のレーザダイオード２は基本
的に、特別な支持エレメント５に固定され、特別な金属
パッケージ（またはカプセル）６内に画定されたキャビ
ティに収納されて外部環境から保護および絶縁されてい
る半導体材料チップ４を備える。金属パッケージ６はほ
ぼ円筒形状を有し、長手方向軸Ｚが定められている。第
１端部において、パッケージ６は基面７を備え、この基
面上にダイオード２への給電用の電気接続素子ト８（一
般にリード体（rheophore）またはピンの用語で示され
る）と、モニターフォトダイオードとが設けられてい
る。他端部において、パッケージ６はサービス面（サー
ビス壁）１０を備え、このサービス面１０にチップ４か
ら発生した光ビーム３を出力するガラス窓１１が形成さ
れている。
【００６７】従来の集光装置および／または光学式読取
装置では、レーザダイオードの下流に、光ビーム３の中
心部分を選択するダイヤフラムと所定の読取り距離に光
ビーム３を集光させる集束レンズとが設けられているの
が一般的である。
【００６８】次に図２を参照して説明する。図２には、
改良された半導体レーザダイオード２０を示しており、
この半導体レーザダイオード２０は本発明により実現さ
れる光ビームを放射する光学素子の例である。光学素子
２０は、次に、本発明によるレーザ光ビーム放射装置１
３内に取付けられるものである（全体を図３および４に
示す）。
【００６９】図２から、本発明のレーザダイオード２０
は、パッケージ６のサービス面１０部分を除いて、図１
に示した前述の従来のレーザダイオード２と共通してい
ることが分かる。したがって、従来技術のレーザダイオ
ード２に関して上述した構成部品と同一である本発明に
かかるレーザダイオード２０の構成部品は同一参照符号
で示し、参照および／または改良された構成部品は異な
る参照符号で示している。
【００７０】図２および３に示す本発明の第１実施形態
にかかる装置によれば、光ビーム放射用の窓１１はそれ
自体がダイヤフラムとなるように形成されている。特に
窓１１のサイズと形状は、窓位置における光ビーム３の
横断面サイズよりも小さく、その結果前記ビームに指定
された形状とサイズを与え、同時にビームに回折を発生
させることができる。このように、ダイヤフラム１２は
レーザダイオード２０の一体化した部分である。さらに
ダイヤフラム１２はパッケージ６の一体化した部分であ
り、パッケージ６に単一の光学素子を形成し、単一の窓
／ダイヤフラム部品１２、窓およびダイヤフラムとして
機能する部品１２を実現する。
【００７１】好ましくは、窓／ダイヤフラム１２はパッ
ケージ６において開口を画定し、この開口は、読取り方
向に沿って２よりも小さい、さらに好ましくは１．２よ
りも小さいフレネル数、直交方向に沿って６よりも小さ
い、さらに好ましくは２よりも小さいフレネル数を持
つ。特に、全方向に沿って高信頼読取りを達成するため
には、読取装置に対するコードの方向に無関係に、開口
が全方向に２よりも小さいフレネル数を定める。
【００７２】本発明の装置および／または光学素子の別
の実施形態では、図示しないが、放射窓を構成する代わ
りに、ダイヤフラム１２は光ビーム放射用の窓１１にお
いてパッケージ６に直接結合され（例えば、接着剤の挿
入を介して）、それにより所望の形状およびサイズで開
口全体を画定する。第２の別の実施形態（図示せず）で
は、ダイヤフラム１２は窓１１内に直接収納されてい
る。
【００７３】本発明の装置および／または光学素子の特
定の実施形態とは関係なく、前記装置および／または光
学素子が取付けられる装置および／または読取装置の特
定の用途に基づいて、ダイヤフラム１２の形状は選択さ
れる。例えば、前述のように、光学コードの読取りを全
方向タイプにするか、または一般的に行われているよう
に選択的な方向を持つタイプにすることができる。前者
の場合には、対称形のダイヤフラム（図５（ａ）に示す
ように、円形、正方形、菱形（正方形を４５°回転させ
たもの）、または異なる方法で面取りがなされたこれら
形状の1つ）を使用するのが有利である。他方、後者の
場合には、読取り方向に対する直角方向に細長いダイヤ
フラム（図５（ｂ）に示すように、楕円形、長方形、菱
形、または異なる方法で面取りがなされたこれら形状の
1つ）を使用するのが有利である。
【００７４】本発明にかかる装置（および／または光学
素子２０）は、さらに、周縁部分が除去されたビーム部
分３の集束レンズ１３を備える。レンズ１３は一般に放
射光を透過するプラスティック材料で形成されるが、光
学的に透明で所望の形状に印刷または形成できる材料で
あれば、いかなるものであってもよい。
【００７５】本出願人による欧州特許出願第９９８３０
６７７．３に記載され、この出願の図１、２および３に
示される方法のいずれか１つに従って、レンズ１３はレ
ーザダイオード２０のパッケージ６に結合されて位置合
わせされる。前記欧州特許出願の内容は本明細書に参照
として取り込まれている。前記方法によれば、レンズ１
３は窓／ダイヤフラム１２にほぼ接触して配置される。
【００７６】本発明にかかる装置の別の実施形態では、
集束レンズ１３は窓／ダイヤフラム１２においてパッケ
ージ６に直接結合される。この場合、窓／ダイヤフラム
１２と集束レンズ１３の間に接着剤が挿入されて、レン
ズをレーザダイオード２０のパッケージ６に強固に結合
させる。
【００７７】本発明にかかる装置１および／または光学
素子２０の特に好ましい実施形態では、集束レンズ１３
は前記パッケージ６に一体化されて、光ビーム３を放射
する前記窓１１を構成する。さらに、集束レンズ１３の
形状とサイズは前記ダイヤフラム１２を構成するように
なっており、これにより、特に、レンズ１３は図４に示
されているように、窓／ダイヤフラム／レンズ（１１、
１２、１３）を形成する。特に、集束レンズ１３はフレ
ネルレンズまたは回折技術を利用して製作される回折レ
ンズである。
【００７８】図４に示す本発明にかかる装置のさらに別
の実施形態では、レーザダイオード２０はパッケージ６
内に配置されて、放射光ビーム３（図１）はパッケージ
６の長手方向軸Ｚにほぼ直交する方向Ｘに沿って伝播す
る。前記実施形態においても、ダイヤフラム１２は放射
窓１１においてパッケージ６に結合されるか、またはパ
ッケージ６内に収納される。好ましくは、前述のよう
に、ダイヤフラム１２は適切なサイズおよび形状にされ
た放射窓１１から構成される。集束レンズ１３について
も同様であり、レンズ１３は窓／ダイヤフラム１２にお
いてパッケージ６に結合されるか、または窓／ダイヤフ
ラム１２内に収納され、前述のようにレンズ自体をダイ
ヤフラムとして作用させることができる。
【００７９】本発明にかかる装置１（および／または光
学素子２０）は、特に、照明された物体（図示せず）の
識別データを取得する光学式読取装置内に組み込まれる
のに適している。前記読取装置は、また、読取る光学コ
ードを走査する手段と、照明された光学コードにより拡
散された光信号を集光し、これに比例する電気信号を発
生する光検出手段と、この電気信号を合成処理する処理
手段とを備える。光学コード読取装置の特有の事例で
は、処理手段はアナログ／ディジタルコンバータとデコ
ーダを備える。
【００８０】図３を参照して、動作中、レーザダイオー
ド２０のチップ４はレーザビーム３（図１）を発生す
る。このビーム３は窓／ダイヤフラム１２によって適切
に周縁部分が除去された後、集束レンズ１３で所望の読
取り領域（例えば、識別される光学コードが存在する領
域）上に集光される。一方、図４を参照して、レーザダ
イオード２０のチップ４はレーザビーム３を発生し、こ
のビーム３は窓／ダイヤフラム／レンズ１１、１２、１
３によって、適切に絞られて、所望の読取り領域（例え
ば、識別される光学コードが存在する領域）上に集光さ
れる。装置１が光学式読取装置に使用されると、照明さ
れた光学コードにより拡散された光信号は光学式読取装
置内に配置された光検出手段によって検出され、その後
所望の情報を得るために処理される。光学コード読取装
置の特有の事例では、光信号はアナログ信号で検出され
てディジタル信号に変換され、その後デコードされる。
【００８１】次に図６、７、８を参照して説明する。こ
れらの図は非再帰反射走査式光学読取装置１００を示し
ており、この読取装置１００は本発明による光信号の光
放射および検出装置１０１を備える。構造的な観点から
は、前記装置１０１は図１に示す従来の放射源２とほと
んど代わりがなく、また別の実施形態を示す図２、３ま
たは４に示した放射源ともほとんど代わりがない。ただ
し、パッケージ６０がほぼ平行六面体形状を有し、パッ
ケージ６０のキャビティが光を通さない材料から作製さ
れた中間壁１０２によって光学的に分離された２つの部
分６０ａ、６０ｂに分割されている点は、従来の放射源
や別の実施形態とは異なる。
【００８２】パッケージ６０の第１部分６０ａは、図１
を参照して前述した光ビーム発生手段を収納する。第２
部分６０ｂは、光ビーム３を発生する前記手段によって
照明された光学コード１０４から拡散された光ビームを
集光し、検出するフォトダイオードを収納する。
【００８３】第２部分６０ｂには光学コード１０４から
拡散された光ビームを集光する窓１０５が設けられてい
る。この窓１０５は、光ビーム３の放射用窓１１が形成
された壁１０７にほぼ直角な壁１０６に形成されてい
る。つまり、壁１０６はコード面１０４にほぼ平行であ
る。
【００８４】装置１０１で発生した光ビーム３は、ポリ
ゴンミラー回転体１５０の回転・振動ミラー１４０に４
５°の角度で入射し、光ビーム３の放射方向に対してほ
ぼ直角方向の走査を発生する。このようにして偏向され
たビームは光学コード１０４上に入射し、光学コード１
０４によって拡散された光はフォトダイオード１０３に
よって集光される。したがって、放射光路と集光光路は
互に完全に分離している。
【００８５】図７と８はこの装置の内部構造の詳細を示
す。パッケージ６０はプラスティック、金属、またはセ
ラミック材料から形成されており、基本的に３層からな
るが、２層であってもよい。参照符号１１０で示される
第1層はベースであり、フォトダイオード接点１１２を
接続するいくつかの溝１１１が形成されている。前記ベ
ース１１０上には、モニター・ダイオード８と、熱伝導
材料で製作された支持体５上のレーザダイオードのチッ
プ４（側面発光タイプ、ＳＥＬ、または垂直発光、ＶＣ
ＳＥＬであってもよい）と、受光フォトダイオード１０
３とが取付けられている。この第1層１１０上には第２
層１２０が取付けられ、この第２層１２０に窓１１が保
持されている。この窓１１は、前述のように、ダイヤフ
ラム１２またはダイヤフラム／レンズ１３の役割を果た
すことができる。第２層１２０は、また、第１層１１０
と第３層間のスペーサとしても役立ち、第３層には照明
された光学コード１０４から拡散された光ビームを集光
する透明材料の窓１０５が設けられている。このよう
に、受光フォトダイオード１０３は集光窓１０５に対し
てわずかに後方の位置にあり、このためフォトダイオー
ド１０３は、放射ビーム（周辺光）によって照明された
領域とは異なる領域から入射する光に対しては、いくら
かは遮蔽される。これにより、フォトダイオード１０３
の出力における信号−雑音比（Ｓ／Ｎ比）が改良され
る。
【００８６】中間壁１０２は光を通さない材料から作製
されているので、レーザダイオードから放射された光ビ
ーム３がわずかでも受光ダイオードに入射して、出力信
号に不要な雑音が発生するのを防止する。このように、
光放射路は光受光路から光学的に分離されている。
【００８７】本発明の装置１の種々の実施形態に関して
上述したすべての内容は、前述の装置１０１に完全に適
用できる（特にダイヤフラムおよび／または集束レンズ
の存在に関しては、それらをパッケージ６０に一体化し
ても、またはしなくてもよい）。
【００８８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ光
ビーム放射装置によれば、放射装置に放射源から発生す
るレーザ光ビームに回折を発生させるダイヤフラムが設
けられているので、増加した被写界深度を得ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光ビーム放射源、特に、従来の半導体レ
ーザダイオードの一部を断面で示す概略斜視図である。
【図２】本発明による光ビーム放射源、特に、本発明に
従って改良された半導体レーザダイオードの一部を断面
で示す概略斜視図である。
【図３】本発明によるレーザ光ビーム放射装置の概略断
面図であって、図２の光学素子を含む。
【図４】図３の装置の別の実施形態の概略断面図であ
る。
【図５】図２の光学素子および／または図３の装置で使
用可能な各種タイプのダイヤフラムの概略図である。
【図６】本発明による放射および検出装置の一部を断面
で示す概略斜視図である。
【図７】図６の装置の前面部分の一部の概略斜視図であ
って、一部を断面で示した概略斜視図である。
【図８】図７の装置の背面部分の一部の概略斜視図であ
って、一部を断面で示した概略斜視図である。
【符号の説明】
１…レーザ光ビーム放射装置、３…光ビーム、４…光ビ
ーム発生手段、６，６０…パッケージ、１１…光ビーム
放射窓、１２…ダイヤフラム、１３…集束レンズ、２０
…光ビーム放射源、６０ａ…パッケージ第１部分（第１
キャビティ部分）、６０ｂ…パッケージ第２部分（第２
キャビティ部分）、１００…光学式読取装置、１０１…
光信号放射および検出装置、１０２…光を通さない壁、
１０３…フォトダイオード（光検出手段）、１０４…光
学コード、１０５…集光窓、１０７…パッケージ第１
壁、１０６…パッケージ第２壁、１５０…ポリゴンミラ
ー回転体（走査手段）。

Claims (36)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 パッケージおよびこのパッケージ内に収
    納されたレーザ光ビーム発生手段を有するレーザ光ビー
    ム放射源であって、前記パッケージにレーザ光ビーム放
    射窓が設けられているレーザ光ビーム放射源と、 レーザ光ビームの中心部分を選択するダイヤフラムとを
    備えた、レーザ光ビームを放射する光学装置において、 前記パッケージが前記ダイヤフラムを備えていることを
    特徴とするレーザ光ビーム放射装置。
  2. 【請求項２】 請求項１において、前記放射源が半導体
    レーザダイオードを備えた、レーザ光ビーム放射装置。
  3. 【請求項３】 請求項１または２において、前記ダイヤ
    フラムが前記レーザ光ビーム放射窓において前記パッケ
    ージに直接結合されている、レーザ光ビーム放射装置。
  4. 【請求項４】 請求項３において、前記ダイヤフラムが
    前記レーザ光ビーム放射窓内に直接収納されている、レ
    ーザ光ビーム放射装置。
  5. 【請求項５】 請求項１または２において、前記レーザ
    光ビーム放射窓はそれ自体が前記ダイヤフラムとなるよ
    うに形付けられている、レーザ光ビーム放射装置。
  6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかにおいて、
    前記レーザ光ビーム放射窓のサイズが、前記レーザ光ビ
    ーム放射窓において得られるレーザ光ビームの横断面サ
    イズよりも小さい、レーザ光ビーム放射装置。
  7. 【請求項７】 請求項６において、前記レーザ光ビーム
    放射窓が、所定の読取り方向に沿って２よりも小さいフ
    レネル数を有する開口を画定する、レーザ光ビーム放射
    装置。
  8. 【請求項８】 請求項７において、前記開口が前記読取
    り方向に沿って１．２よりも小さいフレネル数を有す
    る、レーザ光ビーム放射装置。
  9. 【請求項９】 請求項７または８において、前記開口が
    前記読取り方向に対して直角な方向に沿って２よりも小
    さいフレネル数を有する、レーザ光ビーム放射装置。
  10. 【請求項１０】 請求項１ないし９のいずれかにおい
    て、さらに、集束レンズを備えた、レーザ光ビーム放射
    装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１０において、前記集束レンズ
    が前記レーザ光ビーム放射窓において前記パッケージに
    直接結合されている、レーザ光ビーム放射装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１１において、さらに、前記集
    束レンズと前記レーザ光ビーム放射窓の間に挿入された
    接着剤を備える、レーザ光ビーム放射装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１１において、前記集束レンズ
    が前記レーザ光ビーム放射窓内に収納され、前記レンズ
    自体が前記ダイヤフラムとなっている、レーザ光ビーム
    放射装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１３において、前記集束レンズ
    がフレネルレンズまたは回折レンズである、レーザ光ビ
    ーム放射装置。
  15. 【請求項１５】 請求項１ないし１４のいずれかにおい
    て、前記パッケージは長手方向軸Ｚに沿って延び、放射
    光ビームが前記長手方向軸Ｚに対してほぼ直角方向に伝
    播するように、前記放射源が前記パッケージ内に配置さ
    れている、レーザ光ビーム放射装置。
  16. 【請求項１６】 光学コードを照明するレーザ光ビーム
    放射装置と、 前記光学コードを少なくとも１回走査する走査手段と、 前記照明された光学コードによって拡散された光信号を
    集光し、これに比例する電気信号を発生する光検出手段
    と、 前記電気信号を合成して処理する処理手段とを備えた光
    学式読取装置において、 前記レーザ光ビーム放射装置が請求項１ないし１５のい
    ずれかに記載のレーザ光ビーム放射装置であることを特
    徴とする光学式読取装置。
  17. 【請求項１７】 光ビーム発生手段を収納するキャビテ
    ィと、前記光ビームを放射できる窓が設けられた壁とを
    備えた、光ビーム放射源を保護および／または絶縁する
    パッケージにおいて、 前記光ビームの中心部分を選択するダイヤフラムを備え
    たことを特徴とするパッケージ。
  18. 【請求項１８】 パッケージおよびこのパッケージの第
    １部分内に収納された光ビーム発生手段を有する光ビー
    ム放射源であって、前記第１部分内に光ビーム放射窓が
    形成されている光ビーム放射源と、 前記放射源により照明された光学コードによって拡散さ
    れた光信号を検出する受光手段とを備えた、光信号を放
    射および検出する光学装置において、 前記受光手段が、前記第１部分から光学的に分離された
    前記パッケージの第２部分内に収納され、この第２部分
    に前記照明された光学コードによって拡散された光信号
    を集光する集光窓が設けられていることを特徴とする、
    光信号放射および検出装置。
  19. 【請求項１９】 請求項１８において、前記放射源が半
    導体レーザダイオードを備えた光信号放射および検出装
    置。
  20. 【請求項２０】 請求項１８または１９において、前記
    放射窓および前記集光窓が、それぞれ前記パッケージの
    第１壁および第２壁に形成され、これら第１壁および第
    ２壁が互いに直交している光信号放射および検出装置。
  21. 【請求項２１】 請求項１８ないし２０のいずれかにお
    いて、さらに、光ビームの中心部分を選択する少なくと
    も１つのダイヤフラムを備えた光信号放射および検出装
    置。
  22. 【請求項２２】 請求項２１において、前記ダイヤフラ
    ムが前記光ビーム放射窓において前記パッケージに直接
    結合されている光信号放射および検出装置。
  23. 【請求項２３】 請求項２２において、前記ダイヤフラ
    ムが前記光ビーム放射窓内に直接収納されている光信号
    放射および検出装置。
  24. 【請求項２４】 請求項２２において、前記光ビーム放
    射窓はそれ自体が前記ダイヤフラムとなるように形付け
    られている光信号放射および検出装置。
  25. 【請求項２５】 請求項１８ないし２４のいずれかにお
    いて、前記光ビーム放射窓のサイズが、前記光ビーム放
    射窓位置において得られる光ビームの横断面サイズより
    も小さい光信号放射および検出装置。
  26. 【請求項２６】 請求項２５において、前記光ビーム放
    射窓が、所定の読取り方向に沿って２よりも小さいフレ
    ネル数を有する開口を画定する光信号放射および検出装
    置。
  27. 【請求項２７】 請求項２６において、前記開口が前記
    読取り方向に沿って１．２よりも小さいフレネル数を有
    する光信号放射および検出装置。
  28. 【請求項２８】 請求項２６または２７において、前記
    開口が前記読取り方向に対する直角方向に沿って２より
    も小さいフレネル数を有する光信号放射および検出装
    置。
  29. 【請求項２９】 請求項１８ないし２８のいずれかにお
    いて、さらに集束レンズを備えた光信号放射および検出
    装置。
  30. 【請求項３０】 請求項２９において、前記集束レンズ
    が前記光ビーム放射窓において前記パッケージに直接結
    合されている光信号放射および検出装置。
  31. 【請求項３１】 請求項３０において、さらに、前記集
    束レンズと前記光ビーム放射窓の間に挿入された接着剤
    を備えた光信号放射および検出装置。
  32. 【請求項３２】 請求項３０において、前記集束レンズ
    が前記光ビーム放射窓内に収納され、前記レンズ自体が
    前記ダイヤフラムとなっている光信号放射および検出装
    置。
  33. 【請求項３３】 請求項３２において、前記集束レンズ
    がフレネルレンズまたは回折レンズである光信号放射お
    よび検出装置。
  34. 【請求項３４】 請求項１８ないし３３のいずれかにお
    いて、さらに、前記パッケージの前記第１部分と前記第
    ２部分の間に配置された、光を通さない材料から作製さ
    れた壁を備えた光信号放射および検出装置。
  35. 【請求項３５】 光学コードを照明する光ビーム放射装
    置と、前記光学コードを走査する走査手段と、 前記照明された光学コードによって拡散された光信号を
    検出して、これに比例する電気信号を発生する検出装置
    と、 前記電気信号を合成処理する合成処理手段とを備えた光
    学式読取装置において、 前記光ビーム放射装置および前記検出装置が請求項１８
    ないし３４のいずれかに記載の単一の光信号放射および
    検出装置に組み込まれていることを特徴とする光学式読
    取装置。
  36. 【請求項３６】 光ビーム発生手段を収納し、前記光ビ
    ームを放射できる窓が形成された第１壁が設けられた第
    １キャビティ部分を備えた、光ビーム放射源を保護およ
    び／または絶縁するパッケージにおいて、 前記光ビーム発生手段によって照明された光学コードに
    より拡散された光信号を検出する受光手段を収納する第
    ２キャビティ部分を備え、前記照明された光学コードに
    より拡散された光信号を集光する窓が形成された第２壁
    が設けられ、前記第２キャビティ部分が、前記第１キャ
    ビティ部分から光学的に分離されていることを特徴とす
    る、光ビーム放射源の保護および／または絶縁パッケー
    ジ。
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