JP2009525493A - レーザ光ビームの焦点調節装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の焦点距離の正確で信頼性の高い自動調節が、装置自体の機械および光学部品について生じうる配置誤差および／または望ましくないずれの発生に関係なく可能にする。
【解決手段】レーザ光ビームの焦点を調節する装置１であって、光の放射経路１０ａに沿ってレーザ光ビーム１０を放射する光源２と、前記レーザ光ビーム１０を焦点Ｆに合焦させる手段３と、前記焦点Ｆの位置を調節する手段４とを備える。さらに、前記調節手段４にフィードバック作用する、焦点距離Ｄを検出する手段５を備える。焦点距離Ｄは、合焦手段３を出る光ビーム１０のパラメータ特性であって、前記焦点距離Ｄを表すパラメータ特性を検出することにされる。このような特性パラメータは、合焦光ビーム１０の波面曲率半径である。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光ビームの焦点を調節する装置およびその方法に関する。さらに詳細には、本発明は、レーザ光ビームの焦点距離を制御および自動調節する装置およびその方法に関する。

本発明はまた、このような焦点調節装置を備えるコード化情報読取器に関する。

以下の説明および添付の特許請求の範囲の全体を通して、用語「コード化情報読取器」は、物体に関する情報（物体の距離、容積、全体寸法、または識別データなど）を、物体そのものによって拡散される光信号の収集および処理を通して得ることができる任意の装置を表すのに使用される。用語「コード化情報」は、光コードに含まれるすべての識別データを表すのに用いられる。用語「光コード」は、コード化情報を保存する機能を有する任意のグラフィック表示を表すのに使用される。光コードの特定の例は一次元または２次元コードから成り、これらのコードでは、情報は、バーコード、スタックコードおよび２次元コード全般、カラーコードなどといった、明るい要素（通常は、白色の空白）によって隔てられた暗色（通常は、黒色）の所定の形状（例えば、正方形、長方形、または六角形）の要素の適切な組み合わせによってコード化されている。さらに、用語「光コード」は、より一般的には、明瞭に印刷されたキャラクタ（文字、数字など）および特別な形状（スタンプ、ロゴ、署名、指紋などといったパターン）など、情報のコード化機能を有する他のグラフィックパターンも含む。また、用語「光コード」は、可視光の場において検出できるグラフィック表示だけでなく、赤外線と紫外線との間に含まれる波長範囲において検出できるグラフィック表示も含む。

例示の目的で、以下の説明をより分かり易くするために、以下では、特にバーコード読取器（一次元コード読取器）について述べるが、当然ながら、前記内容は、例えば２次元光コード読取器（マトリクスリーダまたはエリアリーダ）などの様々な読取器にも適用できることが、当業者には理解されるであろう。

さらに、本発明の焦点調節装置を、コード化情報読取器以外の機器に適用できることが、当業者には理解されるであろう。例えば、本発明の装置を、レーザ切断／マーキング／溶接機に適用することができ、一般には、種々の距離において最適な合焦状態を達成するために、レーザ光ビームの焦点距離の制御および／または調節が必要とされ、あるいは所望される任意の機器に適用することができる。

典型的には、レーザ光ビームの焦点を調節する装置は、光放射経路に沿ったレーザ光ビーム放射源と、典型的には少なくとも１つの合焦レンズまたはミラーを有しており、レーザ光ビームを所定の焦点距離に合焦させる光合焦システムとを有している。

公知のとおり、光コード読取器の最大分解能、すなわち光コード読取器によって検出できる細部の最小寸法は、このようなビームが合焦される距離におけるビームの直径に依存する。

広範囲の用途において、光コードの位置する距離、すなわち光ビームを合焦させるべき距離は、あらかじめ決まっているわけではない。したがって、焦点距離を自動的に調節できる装置を使用する必要がある。このような装置によって、最大の分解能を達成できる領域が拡大される。このような装置は、自動焦点装置としても知られている。

従来の自動焦点装置においては、所望の焦点距離の自動調節が、光源ならびに光合焦システムまたは光合焦システムの一部分（焦点可変の光装置の場合）の相対的な機械的移動によって達成されている。

このような機械的な移動が、特別な検出手段によって検出される信号であって、読み出されるべき情報を含む支持体が位置している距離を表す信号に基づいて駆動される装置が知られている。

例えば、特許文献１および特許文献２が、反射性支持体に含まれる情報の読取器用の自動焦点装置を開示しており、望まれる焦点距離が、反射性支持体の距離を表す信号に基づいて調節される。このような距離は、反射性支持体によって反射される光ビームが側方の干渉計によって取り込まれて検出されることによって計算される。
米国特許第４，６０４，７３９号明細書 米国特許第５，５４６，７１０号明細書

特許文献３が、反射性支持体に含まれる情報の読取器用の自動焦点装置を開示しており、この装置では、望まれる焦点距離が、放射源に対する合焦レンズの位置を表す信号に基づいて調節される。
米国特許第４，６４１，０２０号明細書

特許文献４が、反射性支持体に含まれる情報の読取器用の自動焦点装置を開示しており、この装置では、望まれる焦点距離が、反射性支持体の距離を表す信号に基づいて調節される。このような距離は、支持体によって反射され、かつ光の放射経路に配置された同一合焦レンズによって再び平行光にされた、光ビームを検出することによって計算される。
米国特許第６，１３４，１９９号明細書

特許文献５が、レーザ機械加工用の自動焦点装置を開示しており、この装置では、焦点補正が、機械加工に使用されるレーザ光ビームの合焦レンズを通って被加工物の表面に生成される補助レーザ光ビームによるスポットを観察することによってなされる。
米国特許第６，６２１，０６０Ｂ１号明細書

特許文献６が、画像化装置用の自動焦点装置を開示しており、この装置では、焦点補正は、合焦レンズの表面に合焦され、かつ常に同一レンズを介してセンサによって観察される、補助光ビームによってなされる。
米国特許第６，７２８，１７１Ｂ２号明細書

上述の特許に記載された自動焦点装置のいくつかにおいては、焦点位置が、その上に焦点を維持すべき表面と焦点自体との間の相互位置の測定を通して調節されている。

上述の装置のいくつかは、情報が反射性支持体に含まれている場合にしか使用できず、このような場面が限られた種類の用途でしか生じないという欠点を有することを、本出願人は見出した。

現時点において公知の他の装置においては、焦点位置は、光合焦システムの放射源に対する相互の位置を測定することにより、あるいは、焦点可変の光装置の場合には、光学系全体に対する光合焦システムの特定の構成要素の相互位置を測定することにより、間接的に調節されている。

本出願人は、このような装置が、光合焦システムと光源との間、あるいは、焦点可変の光装置の場合には、光合焦システムの構成要素間の相対的な配置において生じうる誤差にきわめて敏感であるという欠点を有することを見出した。詳細には、このような装置において、例えば熱膨張、機械的な間隙および振動に起因して光合焦システムの機械および光学部品に存在しうる配置の誤差または望ましくない移動が、予測および／または所望される焦点距離の調節に誤差を引き起こすことを、本出願人は見出した。

言い換えると、本出願人は、上述の誤差（または、望ましくない移動）により、予測および／または所望される焦点距離ではない焦点距離に焦点が移動することを確認した。

実際、近軸近似による光学システムの記述を簡略化することによって、焦点の位置ｑが以下の式で与えられる。

ここで、ｆは合焦に使用される光学系の焦点距離であり、ｐは光学系に対する光源の位置である。

したがって、焦点に関する絶対誤差Δqは以下の式で与えられる。

ここで、Δｐは光学系の配置の絶対誤差であり、Δｆは光学系の焦点距離の絶対誤差であり、詳細には、焦点が変化しながら計測する光学システムにおいては、Δｆはゼロではない。

上記式から、誤差ΔｐおよびΔｆが、焦点の誤差Δｑを生じさせることが明らかである。

多くの場合、誤差ΔｐおよびΔｆは、それらが温度、機械的な間隙、光学、電子、または機械部品の構成パラメータの再現性の欠如といった要因に依存するため、系統的でない。したがって、焦点の実際の位置の不確定が生じ、現在の焦点調節装置においては、このような不確定により大きな直径の光ビームを使用せざるを得ず、結果として最大分解能が低下する。

さらに、本出願人は、上述の焦点調節装置において、機械および光学部品の組み立ておよび校正のための作業が、固定部品および可動部品の間に厳格な公差を確保する必要があるため、きわめて難しいことを見出した。これは、きわめて高度な構造的解決策の使用を意味し、当然の結果として、装置の最終コストおよび寸法に影響を与える。同様の問題が、合焦システムの機械的な移動に使用される装置に関しても生じる。なぜならば、このような装置は、ミリメートルまたは１０分の１ミリメートルの範囲の移動を保証しなければならず、きわめて正確でなければならないためである。

特許文献７号は、レーザ光ビームのスキャンによる光コード読取器において使用される自動焦点装置を開示しており、この装置では、焦点補正は、所定の距離におけるレーザ光ビームの直径の測定によって決定されており、この測定は、前記レーザ光ビームで感光素子をスキャンし、次にスキャンの継続時間を測定することによって得られる。
米国特許第６，１１９，９４２号明細書

本出願人は、上述の装置において、感光素子をスキャンしてビーム直径を測定することにより焦点距離を直接調節することは、ビーム直径の変化が焦点距離には余り関係しないため、かなりの不正確さを伴うことを見出した。詳細には、このような変化は、焦点距離が放射点に近付くにつれてゼロになる傾向にあるが、典型的には、焦点距離が放射点に近いほどより高い合焦精度が求められる。実際、読取器により近い距離において、より高い解像度のコードを読み取る能力が典型的には求められ、すなわち高い合焦精度が重要になる。さらに、本出願人は、このような装置において、直径検出システムがスキャンシステムの下流で、スキャンの視野の周縁の位置に配置されるという事実から、焦点距離の調節を、スキャンの最中にリアルタイムで連続的に実行することができないことを見出した。直径の測定、したがって焦点距離の調節を、各スキャンについて１回しか実行することができない。したがって、このような調節システムは、コードを含む支持体が湾曲している状況、あるいは合焦の連続的かつ精密な調節が必要となりうる他の状況において、焦点距離を正確で信頼性の高い方法で変化させることができない。

したがって、本出願人は、小型、低価格、高速、高分解能および高精度でなければならない自動焦点装置であって、かつ光合焦システムの機械および光学部品間の配置の誤差もしくは望ましくない移動、ならびに／または光合焦システムの焦点距離の測定における誤差に影響されにくい自動焦点装置を提供することにより、正確で信頼性の高い、さらに必要であれば連続的でリアルタイムでの焦点距離の自動調節を達成する、課題を検討した。

したがって、本発明は、その第１構成において、レーザ光ビームの焦点を調節する装置に関し、この装置は、
−光の放射経路に沿ったレーザ光ビームの放射源と、
−焦点距離に位置する焦点に前記レーザ光ビームを合焦する第１の合焦手段と、
−この装置に対する前記焦点の位置を調節する手段と、
−前記調節手段へのフィードバックに作用する前記焦点距離を検出する手段であって、前記第１の合焦手段を出た光ビームの前記焦点距離を表すパラメータ特性を検出する手段とを備えた装置において、
前記特性パラメータが、前記第１の合焦手段を出た光ビームの波面曲率半径であることを特徴とする。

有利な実施形態では、本発明の装置においては、焦点距離の所望の値への自動調節が、実際の焦点距離を表すパラメータの直接的な検出にのみ基づいており、詳細には、第１の合焦手段を出るビームの波面曲率半径の直接的な検出によっている。このような直接的な検出は、焦点の位置を調節する手段に対してフィードバック作用し、焦点の位置を変化させる。新たに移動された焦点距離の検出および焦点の位置を調節する手段へのフィードバックが、所望の焦点距離が達成されるまで続けられる。したがって、機械および光学部品について生じうる配置の誤差および／または望ましくない移動（実際の焦点距離を、予測される焦点距離とは異なるものにしてしまう可能性がある）が、適切に検出され、結果として所望の焦点距離の正確で信頼性の高い調節が可能になる。

これは有利な実施形態によって、製造の観点からは、単純、低コスト、かつ小型の問題解決手段を利用できる可能性をたらすと同時に、達成可能な最大の分解能を向上させる。例えば、合焦手段を、随意にはプラスチック材料の、単一の非球面レンズで構成してもよい。このようなレンズの位置は、単純なボイスコイルによって調節してもよい。あるいは、調節手段を、圧電アクチュエータ、あるいはレンズが自由端に配置されるバイモルフ圧電ベンダー（ｂｅｎｄｅｒ）で製作してもよい。また、合焦手段を、液体レンズまたは変形可能な表面鏡など、可変焦点レンズを使用して製作してもよい。

有利には、本発明によれば、実際の焦点距離の検出は、合焦ビームの光学特性の分析にのみ基づいており、詳細には合焦手段を出るビームの波面曲率半径の分析にのみ基づいている。実際、焦点から遠い領域においては、合焦ビームの波面が、焦点距離に等しい曲率半径を有する球状のキャップから構成され、ここで波面とは、ビーム放射の電磁界が同位相を示す点の空間内の幾何学的な場所を意味する。このように、有利には、合焦手段を出た光ビームの波面曲率半径を検出することで、得ようとする実際の焦点距離の直接的な測定が可能である。

本発明の装置の好ましい実施形態においては、上述の検出手段が、前記焦点距離の値を計算する。

好ましくは、検出手段は、
−所定の厚さおよび屈折率を有し、前記光の放射経路内の前記第１の合焦手段の下流に配置され、かつ前記光の放射経路に対して傾斜した反射光経路に沿って伝搬する反射光ビームを生成するガラスシートであって、前記反射光ビームは部分的に重なり合って干渉領域を定める一対の光ビームによって画定されている、ガラスシートと、
−前記光の反射経路に配置され、前記干渉領域のパラメータ特性を表す信号を生成する光検出器手段と、
−前記信号を処理して前記曲率半径を表す信号を生成する手段と
を備える。

これにより、曲率半径の検出は、従来の任意の干渉計、すなわち単一光ビームから発生する２つの生成された光ビームの間の干渉を生成できる任意の機器と、従来からの光検出器およびプロセッサ手段とを使用することによって得られる。有利な実施形態では、光検出器およびプロセッサ手段が、前記干渉領域を表す電気信号であって、合焦光ビームの前記波面曲率半径を表す電気信号を提供し、すなわち実際の焦点距離の測定を可能にする。

好ましくは、ガラスシートは、光の放射経路に対して４５°の角度をなして配置される。なぜならば、この角度において、焦点距離を表す信号を検出する手段の全体の機械的寸法がより小さくなり、反射された光ビームの良好な重なり合いが存在するためである。実際、シートを４５°よりも小さい角度で配置することは、全体としてより大きな機械的寸法になることを意味し、シートを４５°よりも大きい角度で配置することは、反射された光ビームの重なり合いが小さくなることを意味する。

好ましくは、干渉領域の前記パラメータ特性は、前記光反射経路に位置する観察面上の前記干渉領域によって画定された複数の干渉縞の空間周波数である。実際、反射光ビームの伝搬の方向に対して直角に観察面上に生成される干渉パターンが、複数の平行な干渉縞から構成され、観察面に入射する波面の曲率半径に依存する周波数の正弦関数強度プロファイルを有することが知られている。このような曲率半径は、合焦ビームの波面曲率半径と相互に関連し、すなわち実際の焦点距離と相互に関連する。

本発明の装置の好ましい実施形態においては、光検出器手段が、干渉縞が連続する方向つまり干渉縞が並ぶ方向に沿って観察面上に配置された感光素子のアレイを備える。例えば、光検出器手段は、ＣＣＤセンサを備える。この場合は、有利には、干渉縞系の周波数の決定は、各感光素子から発生する信号を干渉縞が連続する方向に沿って順次測定することによって得られる。本発明の以後の説明より明らかになるとおり、時系列の測定の周波数の測定値は、感光素子アレイのスキャン速度を介して、複数の干渉縞の空間周波数に直接的に関係する。したがって、感光素子アレイのスキャン速度が既知であり、上述の時間周波数が検出されると、これにより、複数の干渉縞の空間周波数を計算して、合焦ビームの波面曲率半径を求めることができる。

代替実施形態においては、観察面が、前記干渉領域の少なくとも一部分の通過を可能にする少なくとも１つのスリットを備え、光検出器手段が、前記光の反射経路内の前記少なくとも１つのスリットの下流に配置された少なくとも１つの感光素子を備える。

この場合、好ましくは、前記少なくとも１つのスリットは、干渉縞が連続する方向と短辺の方向が同一の矩形である。さらに好ましくは、前記少なくとも１つのスリットの前記干渉縞が連続する方向に沿った寸法は、所定の範囲の干渉縞の周波数については、干渉領域の前記少なくとも一部分の前記反射光ビームの光強度の積分関数が単調であるような寸法である。

詳細には、本発明の装置の第１の代替実施形態においては、上記観察面は単一のスリットを備え、光検出器手段は単一の感光素子を備える。この場合、好ましくは、前記単一スリットは、前記干渉縞が連続する方向に対して直角の前記干渉領域の第１対称軸に平行な一対の長辺を有しており、前記干渉縞が連続する方向に平行な前記干渉領域の第２の対称軸に対して前記観察面の両側に広がっている。より好ましくは、前記一対の長辺のうちの１つの長辺が、前記第１対称軸に重なっている。具体的には、このような実施形態においては、スリットは、好ましくは、上述の干渉領域の第１および第２の対称軸によって観察面上に定められる基準系の第１および第４象限に配置され、１つの長辺が前記第１の対称軸に重なっている。あるいは、スリットは第２および第３象限に配置されてもよい。

本発明の装置の第２の随意の実施形態においては、観察面は２つのスリットを備え、光検出器手段は前記２つのスリットのそれぞれに１つずつ対応した、２つの感光素子を備える。この場合、好ましくは、２つのスリットは、干渉縞が連続する方向に対して直角の前記干渉領域の第１の対称軸に対しては観察面の両側にそれぞれ形成され、さらに好ましくは、第１の対称軸に一致する長辺をそれぞれ有する。これら長辺は、干渉縞が連続する方向に平行な干渉領域の第２の対称軸に対して両側にまたがっている。具体的には、このような実施形態においては、一方のスリットは、好ましくは上記干渉領域の第１および第２の対称軸によって観察面上に定められる基準系の第２象限（または、第１象限）に配置され、他方のスリットは、第４象限（または、第３象限）に配置される。

あるいは、２つのスリットは、前記第１の対称軸に対して対称に配置され、かつ前記第１の対称軸から所定の距離だけ離れている。具体的には、このような実施形態においては、一方のスリットが、上記干渉領域の第１および第２の対称軸によって観察面上に定められる基準系の第１および第４象限に配置され、他方のスリットが、第２および第３象限に配置される。

本発明の装置の別の実施形態においては、使用される感光素子の種類および数に関係なく、前記光の反射経路に沿って、前記シートと観察面との間に回転ポリゴンミラーが設けられ、さらに前記シートと前記回転ポリゴンミラーとの間に、少なくとも１つの偏向ミラーが随意に設けられる。有利には、干渉縞系の空間周波数が、この場合には、本発明の以後の説明から明らかになるとおり、反射光ビームがスリット上を移動する直線速度（このような直線速度も同様に回転ポリゴンミラーの回転速度と相互に関連する）によって、前記少なくとも１つのスリットを通過する干渉領域の光強度の変調周波数に直接関係する。

回転ポリゴンミラーは、有利な実施形態では、屈折ビームに作用して、このような屈折ビームを読み取り物体の光コード上で掃引するポリゴンミラーを兼ねていてもよい。

本発明の装置の好ましい実施形態においては、前記ガラスシートは、反射材料からなる対向する平行な平面を備える。

別の実施形態においては、ガラスシートは、反射材料からなる背向する２つの平面を備え、この平面は、光ビームの重なり合いを可能にするように相互に角度θを形成している。この場合、干渉縞系は、平行な平面を備えるシートの場合の干渉縞が連続する方向に対して、角度αをなす方向に向けられる。有利には、本発明の以後の説明から明らかになるとおり、このような角度αの検出は、合焦手段を出るビームの波面曲率半径に直接的に関連する。

本発明の装置の別の好ましい実施形態においては、前記検出手段は、
−前記第１の合焦手段の下流に配置され、前記光の放射経路に対して傾斜しており、これにより、合焦ビームの周縁部分を前記放射源の位置とは異なる位置に後方に反射するミラー状の表面と、
−後方に反射された前記レーザ光ビームの入射位置を検知して、入射位置を表す信号を生成する検出器手段であって、前記放射源に一体に結合されている検出器手段と、
−前記信号を処理して、前記焦点距離を表す信号を生成する手段と
を備える。

有利には、この場合、本発明の以後の説明から明らかになるとおり、後方に伝搬されたビームが位置センサに衝突する位置の変化を検出することによって、焦点距離を検出することができる。

本発明は、その第２構成において、レーザ光ビームの焦点を調節する装置に関し、この装置は、
−光の放射経路に沿ったレーザ光ビームの放射源と、
−焦点距離に位置する焦点に前記レーザ光ビームを合焦する第１の合焦手段と、
−この装置に対して前記焦点の位置を調節する手段と、
−前記調節手段へのフィードバックに作用する前記焦点距離を検出する手段とを備え、
前記検出手段は、
−所定の厚さおよび屈折率であり、前記光の放射経路内の前記第１の合焦手段の下流に配置され、前記光の放射経路に対して傾斜した光の反射経路に沿って伝搬する反射光ビームを生成するシートと、
−前記光の反射経路に配置され、前記反射光ビームを所定の距離に合焦させる第２の合焦手段と、
−前記光の反射経路内の前記第２の合焦手段の下流に配置され、前記反射光ビームの中央部のみを通過させる前記反射光ビームと同心の開口を有するダイアフラムであって、前記開口の直径が、前記第１の合焦手段が前記放射源によって放射された光ビームを最大または最小の焦点距離に合焦させるときの、前記ダイアフラムにおける前記反射光ビームの直径に等しいダイアフラムと、
−前記光の反射経路内の前記ダイアフラムの下流に配置され、焦点距離が増加または減少するときに、前記反射光ビームの前記中央部の光強度の変化を表す信号を生成する光検出器手段と、
−前記信号を処理して、前記焦点距離を表す信号を生成する手段とを備える。

有利には、上述の焦点調節装置においては、焦点距離を、本発明の以後の説明から明らかになるとおり、焦点距離が増加または減少するときの、ダイアフラムの円形開口を通過する光ビームの光強度の変化を検出することによって検出できる。

好ましくは、上記処理手段は前記焦点距離の値を計算する。

好ましくは、前記シートは背向する平行な２つの平面を有しており、さらに好ましくは、これらの背向面の一方が、反射防止コーティングで処理されている。

本発明は、その第３構成において、レーザ光ビームの焦点を調節する方法に関し、この方法は、
−レーザ光ビームを光の放射経路に沿って放射することと、
−前記光ビームを焦点距離に位置する焦点に合焦させることと、
−前記焦点距離を検出することと、
−検出された焦点距離に基づいて前記焦点の位置を調節することと
の各ステップを含み、
焦点距離を検出するステップは、合焦光ビームのパラメータ特性であって、前記焦点距離を表すパラメータ特性を検出するステップを含み、前記特性パラメータは前記合焦光ビームの波面曲率半径である。

有利には、このような方法は、上述の種類の焦点調節装置によって実行可能であり、したがって、前記装置に関して説明したすべての有利な特徴を有している。

好ましくは、焦点距離を検出し、検出された焦点距離に基づいて焦点の位置を調節するステップは、所望の焦点距離に達するまで反復的に繰り返される。

本発明の方法の好ましい実施形態においては、焦点距離を検出するステップは、前記焦点距離の値を計算するステップを含む。

好ましくは、前記焦点距離を検出するステップは、
−前記光の放射経路に対して傾斜した光の反射経路に沿って伝搬する反射光ビームであって、部分的に重なり合って干渉領域を定める一対の光ビームを含む反射光ビームを生成することと、
−前記反射ビームを検出して、前記干渉領域のパラメータ特性を表す信号を生成することと、
−前記信号を処理して、前記曲率半径を表す信号を生成することと、
の各ステップを含む。

好ましくは、上述の処理ステップは、前記光の反射経路に位置する観察面において前記干渉領域によって画定される複数の干渉縞の空間周波数を測定するステップを含む。

好ましくは、空間周波数を測定する上述のステップは、
−前記干渉領域の少なくとも一部分を選択し、前記干渉領域の少なくとも一部分の光強度を表す信号を生成することと、
−前記干渉領域の少なくとも一部分の前記反射光ビームの光強度の積分を計算することと、
の各ステップを含む。

好ましくは、前記干渉領域の前記少なくとも一部分は、干渉縞が連続する方向に短辺が向いている矩形部分である。より好ましくは、前記干渉領域の前記少なくとも一部分の、前記干渉縞が連続する方向に沿った寸法は、所定の範囲の干渉縞の周波数について、干渉領域の前記少なくとも一部分の前記反射光ビームの光強度の積分関数が単調関数であるような寸法である。

本発明の方法の随意の実施形態においては、焦点距離を検出するステップは、
−前記合焦光ビームの周縁部分を、前記光の放射経路に対して傾斜した光の経路に沿って後方に戻すことと、
−後方に戻されるレーザ光ビームの前記周縁部分を検出手段で検出し、後方に戻された前記周縁部分の前記検出手段への衝突の位置を表す信号を生成することと、
−前記信号を処理して前記焦点距離を表す信号を生成することと
の各ステップを含む。

本発明は、その第４構成において、レーザ光ビームの焦点を調節する方法に関し、この方法は、
−レーザ光ビームを光の放射経路に沿って放射することと、
−前記光ビームを焦点距離に位置する焦点に合焦させることと、
−前記焦点距離を検出することと、
−検出された焦点距離に基づいて前記焦点の位置を調節することと
の各ステップを含み、
焦点距離を検出するステップは、
−前記光の放射経路に対して傾斜した光の反射経路に沿って伝搬する反射光ビームを生成することと、
−前記反射光ビームを所定の距離に合焦させることと、
−前記反射光ビームと同心の円形開口を有するダイアフラムであって、前記円形開口の直径が、放射光ビームが最大または最小の焦点距離に合焦するときの前記反射光ビームの前記ダイアフラムにおける直径に等しいダイアフラムによって、前記反射光ビームの中央部を選択することと、
−焦点距離が減少または増加するときに、前記反射光ビームの中央部を検出して、前記反射光ビームの前記中央部の光強度の変化を表す信号を生成することと、
−前記信号を処理して、前記焦点距離を表す信号を生成することと
の各ステップを含む。

本発明の方法の好ましい実施形態においては、焦点距離を検出するステップは、前記焦点距離の値を計算するステップを含む。

本発明は、その第５構成において、上述の種類の焦点調節装置を備えるコード化情報読取器に関する。

このような読取器は、本発明の焦点調節装置に関して上に述べた有利な特徴のすべてを有する。

本発明の装置および方法のさらなる特徴および利点は、添付の図面を参照してなされる本発明のいくつかの好ましい実施形態についての以下の詳細な説明から、さらに明確になるであろう。

図１において、参照符号１は、本発明によるレーザ光ビームの焦点を調節する装置を示す。詳細には、装置１は、自動焦点装置であり、すなわちレーザ光ビームの望ましい焦点距離を制御および自動調節できる装置である。

好ましくは、装置１は、コード化情報読取器において使用されるものであり、さらに好ましくは、バーコード読取器において使用されるものである。

装置１は、光放射経路１０ａに沿ってレーザ光ビーム１０を放射する光源２と、レーザ光ビームを合焦させる手段３とを有しており、手段３は、装置１に適切に設けられる焦点距離を検出する手段５（後述）に対して所定の焦点距離Ｄに位置する焦点Ｆに、レーザ光ビームを合焦させる。

レーザ光ビームを放射する光源２は、従来の形式の光源であってもよい。したがって、本明細書においては詳述しない。

合焦手段３も、従来の形式の合焦手段である。したがって、本明細書においては詳述しない。しかし、本発明によれば、このような合焦手段が、従来の自動焦点装置において典型的に使用される合焦手段よりも単純で安価な形式の合焦手段であってもよい。例えば、合焦手段３は、随意にはプラスチック材料からなる単一の非球面レンズで構成できる。また、合焦手段３は、液体レンズまたは変形可能な表面鏡など、可変焦点レンズを使用して製作してもよい。

合焦手段３（あるいは、焦点可変光装置の場合には、その装置の構成部品の一部）は、移動手段４に動作可能に結合されている。このような移動手段は、焦点Ｆの焦点距離Ｄを調節するために、放射源２に対する合焦手段３（あるいは、焦点可変光装置の場合には、その装置の構成部品の一部）の動きを制御する。

移動手段４もまた、従来の形式の移動手段であり、したがって、本明細書においては詳述しない。しかし、本発明によれば、このような移動手段４が、従来の自動焦点装置において典型的に使用される移動手段よりも単純で安価な形式の移動手段であってもよい。この理由は、本発明の装置においては、従来技術の装置と異なり移動の精度があまり重要でないためである。

例えば、移動手段４は、単純なボイスコイルまたは圧電アクチュエータからなるものであってもよい。あるいは、移動手段４は、レンズが自由端に配置されるバイモルフ圧電ベンダーで製作されてもよい。

さらに、本発明の焦点調節装置１は、焦点距離Ｄを直接検出する手段（参照符号５で示されている）を備える。このような手段５は、焦点距離を検出し、検出した距離を表す信号を生成し、随意にこのような距離の値を計算する。

図１に示されるとおり、検出手段５は移動手段４に対してフィードバック作用して、光源２に対する合焦手段３の位置を調節することにより、焦点Ｆの焦点距離Ｄを実際に測定された値から別の値に変化させる。

好ましくは、実際の焦点距離Ｄの検出およびその後の合焦手段３の位置の調節（移動手段４によって制御される）が、所望の焦点距離が検出されるまで繰り返し実行される。

本発明によれば、合焦手段３を出る光ビームのパラメータ特性であって、合焦手段３が光ビーム１０を合焦する焦点距離Ｄを表すパラメータ特性を、検出手段５が検出する。このような検出は、光の放射経路１０ａに配置された検出手段であって、合焦手段３を出る光ビームについて検出されるパラメータ特性を表す信号を生成する適切な検出手段と、この信号を処理して実際の焦点距離Ｄを表す信号を生成し、さらに随意にその数値を計算する手段とを使用して実行される。検出および処理の手段は、本発明の以下の説明で詳述する。

本発明によれば、検出手段５によって検出される特性パラメータは、合焦手段３を出る光ビーム１０の波面曲率半径である。実際、焦点Ｆから遠い領域、すなわち合焦手段３のすぐ下流の領域においては、合焦された光ビーム１０の波面は、焦点距離Ｄに等しい曲率半径Ｒを有する球状のキャップから構成される。

したがって、合焦手段３のすぐ下流の領域における光ビーム１０の波面曲率半径Ｒの検出が、実際の焦点距離Ｄの直接測定を可能にする。

例えば図２および３で明らかなとおり、この場合は、平行な２つの平面（それぞれ参照符号２０ａおよび２０ｂで示されている）を有し、所定の厚さおよび屈折率を有し、合焦手段３の下流の光の放射経路１０ａに位置するシート２０を、検出手段５が備える。詳細には、シート２０は、合焦手段３が光ビーム１０を合焦する焦点距離Ｄに比べ、極めて短い合焦手段３からの距離に位置している。

シート２０は、光の放射経路１０ａに対して好ましくは４５°に等しい所定の角度αだけ傾斜している。このようなシート２０は、光干渉計として機能する。したがって、光の放射経路１０ａにほぼ平行な光の経路１１ａに沿って伝搬する屈折光ビーム１１と、相互に平行であって光の放射経路１０ａに対して角度２αだけ傾斜している各光経路（図３および４において、参照符号１２ａ、１３ａで示されている）に沿って伝搬する一対の反射光ビーム（参照符号１２および１３で示されている）が生成される（詳細には、図３を参照）。

ビーム１２および１３は、相互に同等の光強度を有し、かつシート２０から発生し、光ビーム１３から生じてシート２０において始まる二次屈折の連鎖によって生成される二次屈折ビームの光の強度よりも大きな光強度を有することが、実験的に確認されている。したがって、二次屈折ビームの存在を無視することができる。

シート２０、放射源２、および合焦手段３は、シート２０の厚さおよび光源２によって放射される光ビーム１０の直径が、合焦手段３によって操作される焦点距離Ｄに比べて極めて小さくなるように選択される。この状況において、光ビーム１２および１３は、部分的に重なり合う。この結果、光ビーム１２および１３の重なる領域に一致する中央部に干渉領域１５を呈する反射ビーム１４が生成される（図３および４を参照）。

干渉領域１５は、観察面Ｐ上に、方向ｘに沿って相互に続く複数の干渉縞を画定する。

観察面Ｐにおいて、光ビーム１２および１３の波面は、曲率半径Ｒ_ｐを示し、このような半径は、観察面Ｐのシート２０からの距離ｌだけ、合焦光ビーム１０の波面曲率半径Ｒよりも小さい（図３を参照）。同様に、光ビーム１３の波面曲率半径Ｒ_ｐは、シート２０内の光ビーム１３の追加の経路Ｔだけ、光ビーム１２の波面曲率半径Ｒ_ｐよりも小さい。シート２０の屈折の角度がｒであり、シート２０の厚さがｈならば、このような追加の経路は、Ｔ＝２ｈ／ｃｏｓ（ｒ）に等しい。ｈが焦点距離Ｄよりもはるかに小さくなるように選択されるため、量Ｔを無視することができる。したがって、観察面Ｐにおける光ビーム１２および１３の２つの波面曲率半径Ｒ_ｐは、等しいと考えることができる。

図４は、光ビーム１２および１３の部分的な重なり合いによって画定される干渉領域１５、ならびに観察面Ｐ上への光ビーム１２および１３の投影を、詳細に示している。光の経路１２ａおよび１３ａが、距離ｓだけ離間している。直交座標の軸ｘ−ｙからなる基準系が、干渉領域１５の中心を原点として平面Ｐ上に定義され、軸ｘは干渉縞が次々に発生する方向に平行であり、軸ｙは干渉縞そのものと平行に干渉領域１５の中心を通って延び、軸ｚは光経路１２ａおよび１３ａの伝搬の方向に平行であるが、伝搬方向と反対の方向に向いている。光ビーム１２および１３の間の位相差が、軸ｚに沿って測定されるこのようなビーム１２および１３の波面の間の距離によって、良好な近似で与えられる。

図５は、例えば、焦点距離Ｄが変化するときの観察面Ｐ上の干渉領域１５の光の分布を示す。干渉縞は、明瞭に視認することができる。図示された状態は、厚さ１ｍｍの平行な平面を有し、６５８ｎｍの波長における屈折率がｎ＝１．８であるシートを使用する場合を示しており、前記シートは光の放射経路に対して４５°傾斜し、放射源によって放射される光ビームは２ｍｍの直径を有する。目盛は、ｍｍで表されており、２つの屈折光ビーム間の距離ｓは、０．６０４ｍｍに等しい。

半径Ｒ_ｐ＝Ｒ−１の２つの球状のキャップから成る、観察面Ｐ上の光ビーム１２および１３の波面の式は、光ビーム１２および１３の波面のそれぞれについて以下の式で与えられる。

および

条件Ｒ_ｐ＞＞ｓ（ｓは、光の経路１２ａおよび１３ａの方向ｘに沿った距離）が当てはまるため、これらの波面は以下の式で近似できる。

および

したがって、２つの波面の間の位相差は、以下の式で与えられる。

したがって、観察面Ｐ上に定義された基準系ｘ−ｙにおいて、光ビーム１２および１３の波面の間の位相差は、良好な近似では、軸ｙにおいてゼロである。

観察面Ｐにおいて生成され、軸ｙに平行な複数の干渉縞から成る干渉パターンの強度プロファイルは、

に等しく、ここで、Ａは、それぞれの光ビーム１２および１３の強度である。したがって、プロファイルは正弦関数であり、ビーム１２および１３の波面曲率半径Ｒ_ｐに依存して決まる周波数を有する。

したがって、観察面Ｐ上でｘ方向に並んだ平行な干渉縞系の空間周波数を測定することで、合焦光ビーム１０の波面曲率半径、すなわち実際の焦点距離Ｄの直接測定が可能になる。

このため、本発明の装置１の好ましい実施形態においては、検出手段５が、光の反射経路においてシート２０の下流に、観察面Ｐの方向ｘに沿った干渉縞系の空間周波数を表す信号を生成する適切な光検出器手段３０を備える。さらに、上述の信号を処理して実際の焦点距離Ｄを表す信号を生成する適切な処理手段（図示されていないが、例えばマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラ）が設けられている。随意に、このような処理手段が、実際の焦点距離Ｄを表す数値を生成してもよい。

図２および３に示される特に好ましい実施形態においては、光検出器手段３０が、詳細には、観察面Ｐ上で方向ｘに沿って整列された感光素子のアレイ（全体が参照符号３１で示される）を備える。このような感光素子は、例えば、ＣＣＤセンサの一部である。方向ｘに沿った干渉縞系の空間周波数の測定は、この場合は、それぞれの感光素子３１から発生する信号を方向ｘに沿って順次に測定することによって得られる。実際に、測定値の時系の周波数の検出が、感光素子３１のアレイのスキャン速度を介して、干渉縞系の空間周波数に直接関連付けられる。実際、干渉縞系の空間周波数は、以下の式で与えられる。

感光素子３１のアレイが、方向ｘに沿ってｐ_ｘに等しい一定のピッチを有しており、このような感光素子３１のアレイのスキャン速度が、Ｓ_Ｒ（ピクセル／秒）に等しい場合、感光素子３１のアレイの順次の読み取りから得られる信号の時間周波数は、以下の式となる。

時間周波数が検出されると、処理手段が、検出された時間周波数に比例する電気信号（使用される処理手段に応じて、電流または電圧であってもよい）を生成する。このような信号は、要求および／または所望される焦点距離に相当する基準値と比較される。基準値を合焦ビームの波面曲率半径Ｒに、すなわち焦点距離に関連付ける関数が、装置１の校正工程においてあらかじめ決定される。このような関数は、使用される調節手段（例えば、ボイスコイル型の可動コイルを備えるグループ、圧電アクチュエータなどから構成される）の種類に依存する。基準値との比較に基づき、所望の焦点距離と実際の焦点距離との間の差を表す信号が生成され、この信号が、必要に応じて、焦点距離を調節する手段へのフィードバックに使用される。

また、処理手段が、検出された実際の焦点距離Ｄの数値（作業者によって読み取ることができる）を生成してもよい。

図６は、本発明の装置１の代替実施形態を示している。このような実施形態は、この実施形態においては、光検出器手段が、感光素子３１のアレイの代わりに、観察面Ｐの下流に配置され、干渉領域１５の異なる部分を検出する一対のフォトダイオード（参照符号３２および３３によって示されている）を備える点においてのみ、上述の実施形態と異なる。

この場合、観察面Ｐは、矩形状の一対のスリット３４、３５を有するスクリーン１００から構成される。フォトダイオード３２および３３がそれぞれ、各スリット３４、３５に配置されている。スリット３４、３５が、干渉領域１５の２つの異なる部分の通過を可能にしている。このような部分が、それぞれ、フォトダイオード３２、３３によって検出される。

図７は、観察面Ｐへのビーム１２および１３の投影を詳細に示している。フォトダイオード３２および３３の前面にそれぞれ配置されたスリット３４および３５を見ることができる。

この場合、方向ｘに沿った干渉縞系の空間周波数の測定は、２つのスリット３４および３５における光強度の分布の積分の間の差δを計算することによって得られる。実際の２つのスリットの好ましい配置は図７に示された配置であって、スリット３４および３５が軸ｘおよび軸ｙの両方に関して、原点を中心に反対側に位置している。詳細には、各スリットの長辺が、軸ｙに平行ではあるが、軸ｘを中心として対称であり、短辺が、軸ｘに平行ではあるが、軸ｙを中心として対称である。具体的には、このような実施形態においては、スリット３４が、観察面Ｐ上に定義された基準系ｘ−ｙの第４象限に位置し、スリット３５が第２象限に位置する。

方向ｘにおけるスリット３４および３５の寸法Ｌは、干渉領域１５のスリットの部分における光強度の積分の差の関数が、所定の干渉縞周波数範囲において単調であるように選択される。

スリット３４および３５における光の分布の積分の計算においては、干渉領域１５の中央の点に原点を有する基準系ｘ−ｙを選択することにより、変数ｘのみを考慮するだけで十分となる。なぜなら、ｙへの依存性が、乗算定数によって与えられるからである。

ｘ方向のスリット幅がＬである場合、観察面Ｐ上に形成される干渉パターンの強度プロファイルの関数の両端０およびＬの間の積分は、以下の式によって与えられる。

両端−Ｌおよび０によって定義される同じ積分は、以下の式のとおりである。

したがって、このような積分の間の差は、以下の式のとおりである。

焦点距離の範囲（すなわち、曲率半径ＲｍｉｎおよびＲｍａｘの範囲）が定義されると、δ（Ｌ、Ｒ_ｍｉｎ）が最初の極大に達する値よりも積分寸法Ｌが小さい場合に限り、関数δ（Ｌ）は単調である。このような条件が満足されるとき、フォトダイオード３２および３３によって生成される信号の差が、焦点距離Ｄに比例する。

本出願人は、厚さ１ｍｍの平行な平面を有し、６５８ｎｍの波長における屈折率がｎ＝１．８であるシートを、光の放射経路に対して４５°傾斜して使用し、必要とされる焦点範囲が８００〜１６００ｍｍである場合、スリットの幅Ｌが、１．０２ｍｍ未満でなければならず、一方、焦点範囲が５００〜１６００ｍｍである場合、幅Ｌが０．８１ｍｍ未満でなければならず、焦点範囲が２００〜１６００ｍｍである場合、幅Ｌが０．５２ｍｍ未満でなければならないことを見出した。

上述の差δが計算されると、処理手段が、このような差に比例する信号（詳細には、使用される処理手段に応じた電流または電圧）を生成する。このような信号は、要求および／または所望される焦点距離に相当する基準値と比較される。先の実施形態と同様に、基準値を波面曲率半径、すなわち焦点距離に関連付ける関数が、装置１の校正の工程においてあらかじめ決定される。このような関数は、使用される移動手段の種類に依存する。

基準値との比較に基づき、所望の焦点距離と実際の焦点距離との間の差を表す信号が生成され、この信号が、必要に応じて焦点距離を調節する手段へのフィードバックに使用される。

また、処理手段が、検出された実際の焦点距離Ｄの数値（作業者によって読み取ることができる）を生成してもよい。

図８に示された代替の実施形態においては、２つのスリット３４および３５が、軸ｙに対して対称に広がっており、このｙ軸から所定の距離ｄだけ離間している。具体的には、このような実施形態においては、スリット３４は基準系ｘ−ｙの第１および第４象限に位置するのに対して、スリット３５は第２および第３象限に位置する。これ以外については、図６の実施形態に関する説明がすべて当てはまる。しかし、この代替実施形態は、２つのスリット３４および３５が軸ｙに隣接していないために積分の面積がより小さく、先の実施形態よりも有利さが劣る。実際、干渉縞周波数の変化が等しければ、関数δ（Ｌ）のより大きな変化、したがってより高感度、すなわち移動の調節における高精度は、図７の構成に付随する。

図９は、別の随意の実施形態を示しており、検出手段が単一フォトダイオード３６を備え、単一のスリット３７がスクリーン１００に設けられている点においてのみ、図６の実施形態と異なる。

図１０は、観察面Ｐへのビーム１２および１３の投影を詳細に示している。フォトダイオード３６の前面に配置されたスリット３７を見ることができる。

この場合、方向ｘに沿った干渉縞系の空間周波数の測定は、スリット３７における光強度分布の積分を計算することによって得られる。実際には、スリット３７の好ましい配置は図１０に示された配置であって、スリット３７の一方の長辺が軸ｙに重なり、スリットは軸ｘを挟んで観察面Ｐの両側に広がっている。具体的には、このような実施形態においては、スリット３７は、観察面Ｐ上に定義された基準系ｘ−ｙの第１および第４象限に広がっている。ただし、第２および第３象限にも広がってもよい。ｘ方向のスリット３７の寸法Ｌは、干渉領域１５のスリット３７の部分の積分関数が、所定の範囲の干渉縞周波数については単調であるように選択される。

上述の積分が計算されると、処理手段が、この積分に比例する信号を生成する。先の実施形態と同様に、このような信号が、要求および／または所望される焦点距離に相当する基準値と比較される。基準値を波面曲率半径、すなわち焦点距離に関連付ける関数は、装置１の校正工程においてあらかじめ決定され、および使用される移動手段の種類に依存する。

基準値との比較に基づき、所望の焦点距離と実際の焦点距離との間の差を表す信号が生成され、このような信号が、必要であれば焦点距離を調節する手段へのフィードバックのために使用される。

また、処理手段が、検出された実際の焦点距離Ｄの数値（作業者によって読み取ることができる）を生成してもよい。

代替の解決手段（図示せず）においては、２つの長辺が軸ｙに平行であるが、どちらの長辺も軸ｙに一致しない１つのだけの矩形スリットが使用される。図９の実施形態に関してなされた説明がすべて、この解決手段にも当てはまる。

図１１は、本発明の装置１の随意の別の実施形態を示している。この実施形態は、シート２０と観察面Ｐとの間の光の反射経路に、従来からの回転ポリゴンミラー４０が設けられている点においてのみ、上述のすべての実施形態と異なる。

図１１は、図９に関して上述した実施形態と同様に、光検出器手段３０がフォトダイオード３６を備え、観察面Ｐが対応するスリット３７を有するスクリーン１００を備える特定の実施形態を示している。

図１１の実施形態においては、干渉領域１５がスリット３７を通過している。このような通過が、干渉領域１５の光強度の変調を決定する。スリット３７上で光ビーム１２および１３が移動する直線速度をｖ_ｓとすると、干渉領域１５のスリット３７を横切る部分の変調周波数は、以下の式で与えられる。

ここで、ｆ_ｓは、方向ｘに沿った干渉縞系の空間周波数である。

変調周波数ｆ_ｍが検出されると、処理手段が空間周波数を計算し、この周波数に比例した信号を生成する。上述の実施形態と同様に、このような信号は、要求および／または所望される焦点距離に相当する基準値と比較される。

基準値との比較に基づき、所望の焦点距離と実際の焦点距離との間の差を表す信号が生成され、このような信号が、必要に応じて焦点距離を調節する手段へのフィードバックに使用される。

また、処理手段が、検出された実際の焦点距離Ｄの数値（作業者によって読み取ることができる）を生成してもよい。

上述の実施形態はすべて、焦点距離の連続的な検出を可能にし、したがってこのような距離のリアルタイムの調節を可能にできるという利点を有している。これは、焦点距離を検出する手段が、レーザ光ビームのスキャン手段の上流に位置しており、すなわちこれらが相互に完全に独立であるという事実により可能である。

図１２は、本発明の装置１の別の代替実施形態を示している。このような実施形態は、回転ポリゴンミラー４０が、読み取られる光コードを掃引するように意図された、屈折光ビーム１１をスキャンミラーでもある点においてのみ、図１１の実施形態と異なる。このような実施形態においては、シート２０とポリゴンミラー４０との間の光の反射経路に、偏向ミラー４１が設けられている。これ以外については、図１１に示された実施形態に関してなされたすべての説明が当てはまる。

随意には、フォトダイオード３６の代わりに光ガイド（光ファイバなど）を配置し、この光ガイドにより、光強度変調を光コードによって拡散された光を検出するのに使用されるのと同じフォトダイオードに伝達することができる。この場合、光ガイドにより伝達される強度変調の検出が、光コードによって拡散された光の検出と時間的に異なるように、ミラー４１とスリット３７は配置されなければならない。

この実施形態は、焦点距離の検出および光コードの情報コンテンツの検出の両方に同一のフォトダイオードを使用するため、特に有利である。

図１３は、本発明の装置１の別の実施形態の場合における、観察面Ｐ上の干渉領域１５の光の分布を示している。この実施形態は、シート２０が、平行な平面を有する代わりに、光ビームの重なり合いを可能にするように互いに角度θをなす２つの平面を備える点においてのみ、他の実施形態と異なる。干渉領域１５が、軸ｘに対して所定の角度αだけ傾斜した方向ｍに沿って相互に続く平行な干渉縞の系（system）を平面Ｐ上に形成していることを、見ることができる。

図示された特定の例においては、１ｍｍの厚さおよび０．１°の角度θを有するＳｃｈｏｔｔ ＢＫ７ガラスから構成されるシートを使用し、焦点距離（すなわち、合焦光ビームの波面曲率半径Ｒ）を変化させて、いくつかの測定を実施した。曲率半径が変化すると、干渉縞の傾斜の角度αが変化するのを見ることができる。

実際、このような干渉縞系の空間周波数は、以下の関係によって角度αと相互に関係する。

ここで、ｓは、観察面Ｐにおける光の経路１２ａと１３ａの差である。

したがって、干渉縞系の回転の角度αの測定は、合焦ビーム１０の波面曲率半径に直接関係する。角度αを測定する方法は、例えば、米国特許第4,604,739号および米国特許第5,446,710号に記載されている。これらの特許において、光学支持体によって反射された波面曲率半径の検出は、四分区間フォトダイオード、すなわち横並びに配置された４つの感光素子なら構成されるフォトダイオードによって実行される。干渉縞の回転により発生する４つの感光素子の信号の差が、干渉縞の回転の角度、すなわち合焦光ビームの波面曲率半径と相関する。随意には、角度αの測定を、他の種類のセンサによって、あるいはフォトダイオードの前面にスリットを適切に配置することによって、実行することができる。詳細には、図１３に示されるとおり、スリットを、軸ｘに平行に配置することができる。

本発明の装置１は、上述の種々の実施形態において、レーザ光ビームの焦点を調節する方法を実行可能であり、この方法は、
−レーザ光ビーム１０を光の放射経路１０ａに沿って放射することと、
−光ビーム１０を焦点距離Ｄに位置する焦点Ｆに合焦させることと、
−実際の焦点距離Ｄを検出することと、
−検出された現在の焦点距離Ｄに基づいて上記焦点Ｆの位置を調節することと
の各ステップを含み、
焦点距離を検出するステップは、前記合焦ビームのパラメータ特性であって、前記焦点距離を表すパラメータ特性を検出するステップを含んでおり、前記特性パラメータは前記合焦ビームの波面曲率半径である。

焦点距離Ｄを検出するステップ、および検出された焦点距離Ｄに基づいて焦点Ｆの位置を調節するステップは、所望の焦点距離に達するまで、反復的に繰り返される。

焦点距離Ｄを検出するステップは、このような距離の実際の値を計算するステップを含むことができる。

焦点距離Ｄを検出するステップは、詳細には、
−光の放射経路１０ａに対して傾斜した光の反射経路に沿って伝搬する反射ビーム１４であって、部分的に重なり合って干渉領域１５を画定する一対の光ビーム１２および１３を含む反射ビーム１４を生成することと、
−前記干渉領域１５のパラメータ特性を表す信号を生成するために、反射ビーム１４を検出することと、
−上記信号を処理して、実際の焦点距離Ｄを表す信号を生成することと
の各ステップを含む。

上記処理ステップは、詳細には、光の反射経路に位置する観察面Ｐにおいて干渉領域１５によって画定される複数の干渉縞の空間周波数を測定するステップを含んでおり、前記干渉縞は、縞が連続する方向に沿って相互に続いている。

前記複数の干渉縞の空間周波数を測定するステップは、詳細には、
−干渉領域１５の少なくとも一部分を選択し、前記干渉領域１５の少なくとも一部分の光強度を表す信号を生成することと、
−所定の範囲の空間周波数について、前記干渉領域の少なくとも一部分の光強度の積分を計算することと
の各ステップを含む。

図１４に示される本発明の装置１の別の実施形態においては、検出手段５が、光の放射経路１０ａに沿って合焦手段３の下流に配置された開口ダイアフラム２２０に結合されたミラー状の表面２００を備える。このようなミラー状の表面２００は、合焦光ビーム１０の周縁部分２０５を放射源２の位置とは異なる位置に、同じ合焦手段３を通して後方に戻すように、光の放射経路１０ａに対して傾けられている。光ビーム１０から除去される前記周縁部分２０５は、いずれにしてもビームの用途に合わせた適当な直径を与えるために必要とされる開口ダイアフラム２２０によって遮られるため、光ビーム１０の特質を変化させることはない。

さらに、検出手段５は、光ビーム１０の放射源２に一体に結合され、後方に戻される周縁部分２０５の入射の位置を感知して、このような入射の位置の変化を表す信号を生成する光センサ２１０を備える。例えば、光センサ２１０は、従来からのＰＳＤであってもよい。あるいは、センサはＣＣＤのような光素子のアレイから構成されてもよい。

ミラー状の表面２００によって後方に戻された光ビームの周縁部分２０５の入射の位置は、ミラー状の表面２００の光の放射経路１０ａに対する傾斜が等しいならば、合焦レーザ光ビームの曲率半径に依存し、すなわち実際の焦点距離Ｄに依存して決まる。ミラー状の表面２００が傾斜していない場合、後方に戻されるビーム部分２０５は、焦点に共役な点である、光源２に戻ると考えられる。しかし、ミラー状の表面２００の傾斜により、後方に戻されるビーム部分２０５は、光源２から離れた位置に移動する。所定の傾斜が設定されると、このようなビーム部分２０５の光センサ２１０への衝突の位置を検出することで、実際の焦点距離の測定が可能になる。

適切な処理手段が、光センサ２１０によって生成された信号を処理し、後方に戻された周縁部分２０５の入射の位置に比例した信号を生成する。このような信号が、要求および／または所望される焦点距離に相当する基準値と比較される。先の実施形態と同様に、基準値を波面曲率半径（光センサ２１０への周縁部分２０５の入射の位置による）に関連付け、すなわち焦点距離に関連付ける関数が、装置１の校正の工程においてあらかじめ決定される。このような関数は、使用される移動手段の種類に依存する。

基準値との比較に基づき、所望の焦点距離と実際の焦点距離との間の差を表す信号が生成され、この信号が、必要に応じて焦点距離を調節する手段へのフィードバックに使用される。

また、処理手段が、検出された実際の焦点距離Ｄの数値（作業者によって読み取ることができる）を生成してもよい。

この実施形態もまた、焦点距離の連続的な検出を可能にし、したがってこのような焦点距離のリアルタイムでの調節を可能にできる利点を有する。

本発明の装置１は、図１４の実施形態において、レーザ光ビームの焦点を調節する方法の実行を可能にし、この方法は、
−レーザ光ビーム１０を光の放射経路１０ａに沿って放射することと、
−光ビーム１０を焦点距離Ｄに位置する焦点Ｆに合焦させることと、
−実際の焦点距離Ｄを検出することと、
−検出された焦点距離Ｄに基づいて上記焦点Ｆの位置を調節することと、
の各ステップを含み、
焦点距離Ｄを検出するステップは、
−合焦光ビームの周縁部分２０５を、光の放射経路１０ａに対して傾斜した光の経路に沿って後方に戻すことと、
−後方に戻された周縁部分２０５を位置センサ２１０で検出し、後方に戻された前記周縁部分２０５の位置センサ２１０への衝突の位置を表す信号を生成することと、
−前記信号を処理して実際の焦点距離Ｄを表す信号を生成することと、
の各ステップを含む。

焦点距離Ｄを検出するステップ、および検出された焦点距離Ｄに基づいて焦点Ｆの位置を調節するステップは、所望の焦点距離に達するまで、反復的に繰り返される。

実際の焦点距離Ｄを検出するステップは、このような距離の現在の値を計算するステップを含むことができる。

図１５は、上述の放射源２および合焦手段３の他に、所定の厚さおよび屈折率を有し、平行な平面を有するシート５０を備える焦点調節装置１を示している。前記平行な平面の一方が、光の放射経路に対して傾斜した各光反射経路に沿って伝搬する単一の反射ビーム１１１を生成するように処理されている。詳細には、面５０ａを、反射防止コーティングで処理してもよく、あるいは面５０ｂを、部分反射コーティングで処理してもよく、あるいはこれら両方を処理してもよい。

反射された光の経路内に、反射ビーム１１１を合焦させる手段６０が設けられており、このような手段６０は、反射ビーム１１１を所定の距離に合焦させる。反射された光の経路内で、合焦手段６０の下流に、反射光ビーム１１１の中央部のみを通過させるように、この光ビームと同心の開口８０を有するダイアフラム７０が設けられている。開口８０は、合焦手段３が放射源２によって放射された光ビーム１０を最大または最小の焦点距離Ｄ（すなわち、必要とされる２つの合焦端ＤｍｉｎおよびＤｍａｘの一方に相当する焦点距離）に合焦させる動作状態において測定される、ダイアフラム７０における反射光ビーム１１１の直径に等しい直径を有している。

反射された光の経路内の、ダイアフラム７０の下流に、フォトダイオード９０が設けられている。このようなフォトダイオード９０は、焦点距離Ｄとの二方向唯一性の相関信号を生成し、詳細には、このような信号は、焦点距離Ｄが減少または増加するときの反射光ビーム１１１の中央部の光強度の変化を表している。実際、このような焦点距離が増加または減少するとき、反射光ビーム１１１が、手段６０によってそれまでの動作状態とは異なる距離に合焦され、その結果、ダイアフラム７０における反射光ビーム１１１の直径が大きくなり、したがって、このような光ビームのうちの開口８０を通過する部分が少なくなる。

適切な処理手段が、フォトダイオード９０によって生成された信号を処理し、反射光ビーム１１１の中央部の光強度の変化に比例した信号を生成する。このような信号は、信号の複数の値と対応する複数の焦点距離との間の既知の関係によって生成される。このような関係は、校正の工程の際にあらかじめ決定される。

次に、このような信号が、必要に応じて焦点距離を調節する手段へのフィードバックに使用される。

この実施形態は、焦点距離の連続的な検出を可能にし、すなわちこのような距離のリアルタイムでの調節を可能にできるという利点を有している。これは、焦点距離を検出する手段が、レーザ光ビームのスキャン手段の上流に位置しており、したがってこれらが相互に完全に独立であるという事実により可能である。

本発明の装置１は、図１５の実施形態において、レーザ光ビームの焦点を調節する方法の実行を可能にし、この方法は、
−レーザ光ビーム１０を光の放射経路１０ａに沿って放射することと、
−光ビーム１０を焦点距離Ｄに位置する焦点Ｆに合焦させることと、
−実際の焦点距離Ｄを検出することと、
−検出された現在の焦点距離Ｄに基づいて上記焦点Ｆの位置を調節することと、
の各ステップを含み、
焦点距離Ｄを検出するステップは、
−前記光の放射経路（１０ａ）に対して傾斜した反射光経路に沿って伝搬する反射光ビーム（１１１）を生成することと、
−前記反射光ビーム（１１１）を所定の距離に合焦させることと、
−前記反射光ビーム（１１１）に同心の円形開口（８０）であって、放射光ビーム（１０）が最大または最小の焦点距離（Ｄ）に合焦されているときの前記反射光ビーム（１１１）の直径に等しい直径を有する円形開口（８０）を有するダイアフラム（７０）によって、前記反射光ビーム（１１１）の中央部を選択することと、
−焦点距離（Ｄ）が減少または増加するときに、前記反射光ビーム（１１１）の中央部を検出して、前記反射光ビーム（１１１）の中央部の光強度の変化を表す信号を生成することと、
−前記信号を処理して、前記焦点距離（Ｄ）を表す信号を生成することと、
の各ステップを含む。

焦点距離Ｄを検出するステップ、および検出された焦点距離Ｄに基づいて焦点Ｆの位置を調節するステップは、所望の焦点距離に達するまで、反復的に繰り返される。

実際の焦点距離Ｄを検出するステップは、このような距離の現在の値を計算するステップを含むことができる。

本発明の装置１は、上述の種々の実施形態において、有利には、所望の焦点距離の正確かつ信頼性の高い自動調節（さらには、必要に応じて連続的でリアルタイム）を、装置自体の機械および光学部品について生じうる配置の誤差および／または望ましくない移動、ならびに／あるいは光合焦システムの焦点距離の決定における誤差の発生に関係なく可能にする。

本発明による焦点調節装置の概略図である。 本発明の装置の第１の実施形態の一部分を表す概略図である。 図２の装置のいくつかの構成部品の概略図である。 図３の一構成部品から出る光ビームおよびその観察面への投影を表す概略図である。 種々の動作状態における、図３の一構成部品からの光ビームの中央部によって観察面上に生成される光学的効果を示す図である。 本発明の装置の第２の実施形態の一部分を表す概略図である。 図６の装置の一構成部品の概略図である。 図６の装置において図７の構成部品の代替として使用できる一構成部品の概略図である。 本発明の装置の第３の実施形態の一部分を表す概略図である。 図９の装置の一構成部品の概略図である。 本発明の装置の第４の実施形態の一部分を表す概略図である。 本発明の装置の第５の実施形態の一部分を表す概略図である。 種々の動作状態における、図３の構成部品の１つの変形例の光ビームの中央部によって観察面上に生成される光学的効果を示す図である。 本発明の装置の第６の実施形態の一部分を表す概略図である。 本発明による別の焦点調節装置を表す概略図である。

符号の説明

１ レーザ光ビームの焦点調節装置
２ 放射源
３ 合焦手段
４ 位置調節手段
５ 焦点距離検出手段
１０ レーザ光ビーム
Ｄ 焦点距離
Ｆ 焦点

Claims (35)

1. 光の放射経路（１０ａ）に沿ってレーザ光ビーム（１０）を放射する放射源（２）と、
   焦点距離（Ｄ）に位置する焦点（Ｆ）に前記レーザ光ビーム（１０）を合焦する第１の合焦手段（３）と、
   この装置（１）に対する前記焦点（Ｆ）の位置を調節する手段（４）と、
   前記調節手段（４）へのフィードバックに作用する前記焦点距離（Ｄ）を検出する手段（５）であって、前記第１の合焦手段（３）を出た光ビームの前記焦点距離（Ｄ）を表すパラメータ特性を検出する手段（５）とを備えたレーザ光ビームの焦点を調節する装置（１）において、
   前記特性パラメータは、前記第１の合焦手段（３）を出た光ビーム（１０）の波面曲率半径であることを特徴とする、レーザ光ビームの焦点調節装置（１）。
2. 請求項１において、前記検出手段（５）が前記焦点距離（Ｄ）の値を計算する、レーザ光ビームの焦点調節装置（１）。
3. 請求項１または２において、前記検出手段（５）は、
   所定の厚さおよび屈折率を有し、前記光の放射経路（１０ａ）の前記第１の合焦手段（３）の下流に配置され、前記光の放射経路（１０ａ）に対して傾斜した反射光経路に沿って伝搬する反射光ビーム（１４）を生成するガラスシート（２０）であって、前記反射光ビーム（１４）は部分的に重なり合って干渉領域を定める一対の光ビームによって画定されている、ガラスシート（２０）と、
   前記反射光経路に配置され、前記干渉領域（１５）のパラメータ特性を表す信号を生成する光検出器手段（３０）と、
   前記曲率半径を表す信号を生成するように前記信号を処理する手段とを備えたレーザ光ビームの焦点調節装置（１）。
4. 請求項３において、前記干渉領域（１５）の前記パラメータ特性は、前記反射光経路に位置する観察面（Ｐ）上における前記干渉領域（１５）によって画定された複数の干渉縞の空間周波数である、レーザ光ビームの焦点調節装置（１）。
5. 請求項４において、前記光検出器手段（３０）は、干渉縞が連続する方向（ｘ）に沿って前記観察面（Ｐ）上に配置された感光素子（３１）のアレイを備えた、レーザ光ビームの焦点調節装置（１）。
6. 請求項４において、前記干渉領域（１５）の少なくとも一部分の通過を可能にする少なくとも１つのスリット（３４、３５、３７）を前記観察面（Ｐ）が備え、前記少なくとも１つのスリット（３４、３５、３７）の下流に配置された少なくとも１つの感光素子（３２、３３、３６）を前記光検出器手段（３０）が備えた、レーザ光ビームの焦点調節装置（１）。
7. 請求項６において、前記少なくとも１つのスリット（３４、３５、３７）は、干渉縞が連続する方向（ｘ）に短辺が沿うように方向付けられた矩形である、レーザ光ビームの焦点調節装置（１）。
8. 請求項７において、前記少なくとも１つのスリット（３４、３５、３７）の前記干渉縞が連続する方向（ｘ）に沿った寸法は、前記干渉縞の所定の周波数範囲について、干渉領域（１５）の前記少なくとも一部分における前記反射光ビーム（１４）の光強度の積分関数が単調関数であるような寸法である、レーザ光ビームの焦点調節装置（１）。
9. 請求項６から８のいずれか一項において、前記観察面（Ｐ）は単一のスリット（３７）を備え、前記光検出器手段（３０）は単一の感光素子（３６）を備えた、レーザ光ビームの焦点調節装置（１）。
10. 請求項７または８に従属するときの請求項９において、前記単一のスリット（３７）は、前記干渉縞が連続する方向（ｘ）に対して直角である前記干渉領域（１５）の第１の対称軸（ｙ）に平行な一対の長辺を有し、前記単一のスリット（３７）は、さらに、前記干渉縞が連続する方向（ｘ）に平行である干渉領域（１５）の前記第２の対称軸（ｘ）を中心として、前記観察面（Ｐ）の両側にまたがっている、レーザ光ビームの焦点調節装置（１）。
11. 請求項１０において、前記一対の長辺のうちの１つの長辺が、前記第１の対称軸（ｙ）に重なっている、レーザ光ビームの焦点調節装置（１）。
12. 請求項６から８のいずれか一項において、前記観察面（Ｐ）は２つのスリット（３４、３５）を備え、前記光検出器手段（３０）は、前記２つのスリット（３４、３５）のそれぞれに１つずつ対応した、２つの感光素子（３２、３３）を備えた、レーザ光ビームの焦点調節装置（１）。
13. 請求項７または８に従属するときの請求項１２において、前記２つのスリット（３４、３５）は、前記干渉縞が連続する方向（ｘ）に対して直角である前記干渉領域（１５）の第１の対称軸（ｙ）を中心として、前記観察面（Ｐ）の両側にまたがっている、レーザ光ビームの焦点調節装置（１）。
14. 請求項１３において、前記２つのスリット（３４、３５）は、前記第１の対称軸（ｙ）に一致する長辺を有し、前記干渉縞が連続する方向（ｘ）に平行な前記干渉領域（１５）の第２の対称軸（ｘ）を中心として、両側にまたがっている、レーザ光ビームの焦点調節装置（１）。
15. 請求項１３において、前記２つのスリット（３４、３５）は、前記干渉縞が連続する方向（ｘ）に平行な前記干渉領域（１５）の第２の対称軸（ｘ）を中心として、前記観察面（Ｐ）の両側に、前記第１の対称軸（ｙ）に対して対称にまたがっており、所定の距離だけ前記第１の対称軸（ｙ）から離間している、レーザ光ビームの焦点調節装置（１）。
16. 請求項４から１５のいずれか一項において、さらに、
    前記シート（２０）と前記観察面（Ｐ）の間の前記反射光経路に配置された回転ポリゴンミラー（４０）を備えた、レーザ光ビームの焦点調節装置（１）。
17. 請求項１６において、さらに、
    前記シート（２０）と前記回転ポリゴンミラー（４０）の間の前記反射光経路内に配置された少なくとも１つの偏向ミラー（４１）を備え、
    前記回転ポリゴンミラー（４０）は、前記シート（２０）によって生成された屈折光ビームにも作用する、レーザ光ビームの焦点調節装置（１）。
18. 請求項３から１７のいずれか一項において、前記シート（２０）が、反射材料からなる背向する平行な平面（２０ａ、２０ｂ）を備えた、レーザ光ビームの焦点調節装置（１）。
19. 請求項３から１７のいずれか一項において、前記シート（２０）が、互いに角度θをなし、反射材料からなる背向する平面（２０ａ、２０ｂ）を備えた、レーザ光ビームの焦点調節装置（１）。
20. 請求項１または２において、前記検出手段（５）は、
    前記第１の合焦手段（３）の下流に配置され、合焦光ビーム（１０）の周縁部分（２０５）を前記放射源の位置とは異なる位置に戻すように、前記光の放射経路（１０ａ）に対して傾斜しているミラー状の表面（２００）と、
    前記戻される合焦光ビーム（１０）の前記周縁部分（２０５）の入射位置を感知し、この入射位置を表す信号を生成する検出器手段（２１０）であって、前記放射源（２）に一体に結合された検出器手段（２１０）と、
    前記焦点距離（Ｄ）を表す信号を生成するように、前記信号を処理する手段とを備えたレーザ光ビームの焦点調節装置（１）。
21. レーザ光ビームを合焦する装置（１）であって、
    光の放射経路（１０ａ）に沿ってレーザ光ビーム（１０）を放射する放射源（２）と、
    焦点距離（Ｄ）に位置する焦点（Ｆ）に前記レーザ光ビーム（１０）を合焦する第１の合焦手段（３）と、
    この装置（１）に対する前記焦点（Ｆ）の位置を調節する手段（４）と、
    前記調節手段（４）へのフィードバックに作用する前記焦点距離（Ｄ）を検出する手段（５）であって、
    所定の厚さおよび屈折率を有し、前記光の放射経路（１０ａ）の前記第１の合焦手段（３）の下流に配置され、前記光の放射経路（１０ａ）に対して傾斜した反射光経路に沿って伝搬する反射光ビーム（１１１）を生成するシート（５０）と、
    前記反射光ビーム（１１１）を所定の距離において合焦させるように、前記反射光経路に配置された第２の合焦手段（６０）と、
    前記第２の合焦手段（６０）の前記反射光経路の下流に配置され、前記反射光ビーム（１１１）の中央部のみを通過させる前記反射光ビーム（１１１）と同心の開口（８０）を有するダイアフラム（７０）であって、前記開口（８０）の直径が、前記第１の合焦手段（３）が前記放射源（２）によって放射された光ビーム（１０）を最大または最小の焦点距離（Ｄ）に合焦させるときの、前記ダイアフラム（７０）における前記反射光ビーム（１１１）の直径に等しいダイアフラム（７０）と、
    前記ダイアフラム（７０）の前記光の反射経路内の下流に配置され、焦点距離（Ｄ）が増加または減少するときに、前記反射光ビーム（１１１）の前記中央部の光強度の変化を表す信号を生成する光検出器手段（９０）と、
    前記焦点距離（Ｄ）を表す信号を生成するように、前記信号を処理する手段とを備えた、レーザ光ビームの焦点調節装置（１）。
22. 請求項２１において、前記処理手段が前記焦点距離（Ｄ）の値を計算する、レーザ光ビームの焦点調節装置（１）。
23. 請求項２１または２２において、前記シート（５０）は背向する平行な平面を有しており、前記背向する平面の一方が反射防止コーティングで処理されている、レーザ光ビームの焦点調節装置（１）。
24. レーザ光ビーム（１０）を光の放射経路（１０ａ）に沿って放射する工程と、
    前記光ビーム（１０）を焦点距離（Ｄ）に位置する焦点（Ｆ）に合焦させる工程と、
    前記焦点距離（Ｄ）を検出する工程と、
    検出された焦点距離（Ｄ）に基づいて前記焦点（Ｆ）の位置を調節する工程とを備え、
    前記焦点距離（Ｄ）を検出する工程は、前記焦点距離（Ｄ）を表す、合焦光ビーム（１０）のパラメータ特性を検出する工程を含み、前記特性パラメータは前記合焦光ビーム（１０）の波面曲率半径である、レーザ光ビームの焦点調節方法。
25. 請求項２４において、前記焦点距離（Ｄ）を検出する工程、および前記検出された焦点距離（Ｄ）に基づいて焦点（Ｆ）の位置を調節する工程は、所望の焦点距離（Ｄ）に達するまで反復的に繰り返される、レーザ光ビームの焦点調節方法。
26. 請求項２４または２５において、前記焦点距離（Ｄ）を検出する工程は、この焦点距離（Ｄ）の値を計算する工程を含む、レーザ光ビームの焦点調節方法。
27. 請求項２４から２６のいずれか一項において、前記焦点距離（Ｄ）を検出する工程は、
    前記光の放射経路（１０ａ）に対して傾斜した光の反射経路に沿って伝搬する反射光ビーム（１４）であって、部分的に重なり合って干渉領域（１５）を定める一対の光ビーム（１２、１３）を含む反射光ビーム（１１）を生成する工程と、
    −前記干渉領域（１５）のパラメータ特性を表す信号を生成するように、前記反射ビーム（１４）を検出する工程と、
    −前記曲率半径を表す信号を生成するように、前記信号を処理する工程とを備えたレーザ光ビームの焦点調節方法。
28. 請求項２７において、前記処理工程は、前記光の反射経路に位置する観察面（Ｐ）において前記干渉領域（１５）によって画定される複数の干渉縞の空間周波数を測定する工程を含む、レーザ光ビームの焦点調節方法。
29. 請求項２８において、前記複数の干渉縞の空間周波数を測定する前記工程は、
    前記干渉領域（１５）の少なくとも一部分の光強度を表す信号を生成するように、前記干渉領域（１５）の少なくとも一部分を選択する工程と、
    前記干渉領域（１５）の少なくとも一部分の光強度の積分を計算する工程とを備えた、レーザ光ビームの焦点調節方法。
30. 請求項２９において、前記干渉領域（１５）の前記少なくとも一部分は、干渉縞が連続する方向（ｘ）に短辺が沿うように方向付けられた矩形である、レーザ光ビームの焦点調節方法。
31. 請求項３０において、前記干渉領域（１５）の前記少なくとも一部分の、前記干渉縞が連続する方向（ｘ）に沿った寸法は、所定の範囲の干渉縞の周波数について、干渉領域（１５）の前記少なくとも一部分の光強度の積分関数が単調関数であるような寸法である、レーザ光ビームの焦点調節方法。
32. 請求項２４から２６のいずれか一項において、前記焦点距離（Ｄ）を検出する工程は、
    前記合焦光ビーム（１０）の周縁部分（２０５）を、前記光の放射経路（１０ａ）に対して傾斜した光の経路に沿って戻す工程と、
    位置を表す信号を生成するように、前記戻されるレーザ光ビームの前記周縁部分（２０５）を検出手段（２１０）で検出する工程であって、前記戻された前記合焦光ビーム（１０）の前記周縁部分（２０５）は前記検出手段（２１０）に作用する、検出工程と、
    −前記焦点距離（Ｄ）を表す信号を生成するように、前記信号を処理する工程とを備えた、レーザ光ビームの焦点調節方法。
33. レーザ光ビーム（１０）を光の放射経路（１０ａ）に沿って放射する工程と、
    前記光ビーム（１０）を焦点距離（Ｄ）に位置する焦点（Ｆ）に合焦させる工程と、
    前記焦点距離（Ｄ）を検出する工程と、
    検出された焦点距離（Ｄ）に基づいて前記焦点（Ｆ）の位置を調節する工程とを備え、
    前記焦点距離（Ｄ）を検出する工程は、
    前記光の放射経路（１０ａ）に対して傾斜した光の反射経路に沿って伝搬する反射光ビーム（１１１）を生成する工程と、
    前記反射光ビーム（１１１）を所定の距離に合焦させる工程と、
    前記反射光ビーム（１１１）と同心の円形開口（８０）を有するダイアフラム（７０）であって、前記円形開口（８０）の直径が、放射光ビーム（１０）が最大または最小の焦点距離（Ｄ）に合焦するときの前記反射光ビーム（１１１）の前記ダイアフラム（７０）における直径に等しいダイアフラム（７０）によって、前記反射光ビーム（１１１）の中央部を選択する工程と、
    前記反射光ビーム（１１１）の前記中央部の光強度の変化を表す信号を生成するように、焦点距離（Ｄ）が減少または増加するときに、前記反射光ビーム（１１１）の中央部を検出する工程と、
    前記焦点距離（Ｄ）を表す信号を生成するように、前記信号を処理する工程とを有する、レーザ光ビームの焦点調節方法。
34. 請求項３３において、前記焦点距離（Ｄ）を検出する工程が、この焦点距離（Ｄ）の値を計算する工程を含む、レーザ光ビームの焦点調節方法。
35. 請求項１から２３のいずれか一項に記載の焦点調節装置（１）を備えたコード化情報読取器。

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