JP2638125B2

JP2638125B2 - レーザスキャナ

Info

Publication number: JP2638125B2
Application number: JP63236035A
Authority: JP
Inventors: 行造山崎; 敬和有竹; 稔幸市川; 文雄山岸; 弘之池田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-09-20
Filing date: 1988-09-20
Publication date: 1997-08-06
Anticipated expiration: 2012-08-06
Also published as: JPH0283519A

Description

【発明の詳細な説明】［目次］概要産業上の利用分野従来の技術（第６図）発明が解決しようとする課題課題を解決するための手段作用実施例（第１〜５図）発明の効果［概要］被測定物にレーザビームを照射しその光スポットを走
査させてバーコード等のデータを読み取るフライングス
ポット方式レーザスキャナに関し、ホログラムウインドから出射される走査光強度を均一
にしてこれをレーザ安全基準で定められた許容最大値に
近付けることにより、装置の小型化または低コスト化を
図ることを目的とし、レーザから放射されたレーザビームがホログラムウイ
ンドに形成された複数の交差する帯状ホログラフィック
回折格子を透過回折し該帯状グラフィック回折格子を走
査することにより被測定物を走査するレーザスキャナに
おいて、該ホログラフィック回折格子上のレーザビーム
が該交差部を走査する区間を検出する交差部走査区間検
出手段と、検出された該交差部走査区間においては他の
区間よりも該レーザの出力を高くさせて該ホログラムウ
インドから出射される走査光強度を均一にするレーザ出
力制御手段とを備えて構成する。

［産業上の利用分野］本発明は被測定物にレーザビームを照射しその光スポ
ットを走査させてバーコード等のデータを読み取るフラ
イングスポット方式レーザスキャナに関する。

［従来の技術］この種のレーザスキャナでは、光学系を薄型にするた
めに、ガラス等の透明基板に帯状ホログラフィック回折
格子を形成し、これを複数枚重合して複数の該帯状ホロ
グラフィック回折格子を交差させたホログラムウインド
を用いるものが提案されている。

［発明が解決しようとする課題］しかし、一つのホログラフィック回折格子を透過する
と、反射吸収により透過率が数％程度低下するため、交
差部において例えば３枚のホログラフィック回折格子を
透過すると、透過率が10〜20％程度も低下し、第６図に
示す如く、ホログラムウインドから出射する走査光強度
がホログラフィック回折格子の交差部の区間において他
の区間よりもΔＩだけ小さくなる。

ここで、バーコードラベルの反射率は比較的小さく、
また、これに照射されたレーザビームは各方向に散乱さ
れるので、この散乱光（信号光）の一部を捕えて誤りな
くバーコードを読み取るには、ホログラムウインドから
出射する走査光強度を大きくしてSN比を充分な値にする
必要がある。

一方、人体の目に対する保護の観点から、この走査光
強度の許容最大値I_mがレーザ安全基準に定められている
ので、ホログラフィック回折格子交差部以外の走査区間
での走査光強度I₁をこの最大値I_m以下にする必要があ
り、交差部走査区間での走査光強度I₂はI_mよりかなり小
さくなる。

このため、出射光強度I₂に対して充分なSN比が確保さ
れるようにレーザスキャナの光学系を設計する必要があ
る。具体的には、信号光を集める集光鏡の面積を広くし
たり、より高感度の信号光検出器を用いたりする必要が
ある。したがって、装置が大きくなったり、コスト高と
なる。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、ホログラムウイ
ンドから出射される走査光強度を均一にしてこれをレー
ザ安全基準で定められた許容最大値に近付けることによ
り、装置の小型化または低コスト化を図ることができる
レーザスキャナを提供することにある。

［課題を解決するための手段］この目的を達成するために、本発明に係るレーザスキ
ャナでは、レーザビームが帯状グラフィック回折格子上
の交差部を走査する区間を検出し、検出された交差部走
査区間においては他の区間よりもレーザの出力を高くさ
せて、ホログラムウインドから出射される走査光強度を
均一にする。

［作用］ホログラムウインドから出射される走査光強度が均一
になるので、これをレーザ安全基準で定められた許容最
大値に近付けることにより、信号光を集める集光鏡の面
積を従来よりも狭くしたり、従来よりも低感度の信号光
検出器を用いたりすることができ、装置の小型化または
低コスト化を図ることができる。

［実施例］以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。

第２図はバーコードリーダに用いられるレーザスキャ
ナ光学系を示す。

半導体レーザ又はHe−Neガスレーザ等のレーザ10から
放射されたレーザビームはコリメートレンズ12により平
行化され、反射鏡14で偏向され、集光鏡16の中央部に穿
設された孔16aの後方に配置されている反射鏡18で反射
され、次いでポリゴンミラー20の側面により反射され
る。このポリゴンミラー20はモータ22により矢印方向へ
回転駆動され、その側面での反射光は帯状の側面鏡24、
26及び28により順次反射され、そのいずれかで反射され
たレーザビームは底面鏡30により上方へ偏向され、ホロ
グラムウインド32を透過してバーコードラベル（不図
示）上に光スポットが形成される。

ここで、バーコードラベルがホログラムウインド32上
でどの方向を向いていてもバーコードを読みとることが
できるようにする必要がある。また、ホログラムウイン
ド32からの出射光の出射角は45゜程度にした方が好まし
い。さらに、底面鏡30とホログラムウインド32との間隔
をできるだけ小さくして装置を薄型化するために、ホロ
グラムウインド32に入射されるレーザ光を適当に回折さ
せてホログラムウインド32から出射させる必要がある。

そこで、このホログラムウインド32は、第３図に示す
如く構成されている。すなわち、透過率の高いガラス等
の透明基板34と36と38とにそれぞれ、凸レンズの機能を
も有する帯状のホログラフィック回折格子34aと36a、36
bと38a、38bとを形成し、透明基板34、36及び38を重合
させてホログラムウインド32を構成しいる。この重合状
態では、ホログラフィック回折格子34aと36a、36bと38
a、38bとはホログラムウインド32の中点を通って互いに
交差し、かつ、この中点から放射状に延びる隣合うホロ
グラフィック回折格子のなす角度が60゜になっている。
なお、ホログラムウインド32は１枚の透明基板上に複数
の帯状ホログラフィック回折格子を積層して構成しても
よい。

ポリゴンミラー20の側面は、その回転軸に平行な反射
面と回転軸に対し僅か傾斜した反射面とが交互に形成さ
れている。したがって、ポリゴンミラー20のある側面で
反射されたレーザビームがホログラフィック回折格子34
a、36a及び38a上をこれらの長手方向に沿って順次走査
すると、ポリゴンミラー20の次の側面で反射されたレー
ザビームはホログラフィック回折格子34a、36b、38bを
同様に順次走査する。すなわち、ポリゴンミラー20の隣
合う２つの側面でレーザビームが反射されることによ
り、ホログラムウインド32の上方のバーコードラベルに
対し５方向にレーザスポットが走査されることになる。

バーコードラベルに集束され、バーコードラベルで散
乱された発散信号光の一部は、上記と逆方向に進行す
る。すなわち、ホログラムウインド32を透過回折して平
行光束にされ、底面鏡30で反射され、側面鏡24、26また
は28で反射され、ポリゴンミラー20で反射される。次
に、集光鏡16で反射されて反射鏡40の位置に集光され、
反射鏡40で下方に偏向されて、信号光検出器としての光
電子増倍管42に入射され、光電変換される。

次に、レーザビームがホログラムウインド32を透過回
折する際の問題点及びその解決策について説明する。

例えば側面鏡24で反射されたレーザビームがホログラ
フィック回折格子34aで回折されたとすると、この回折
光はホログラフィック回折格子36a若しくは36b、及び、
38a若しくは38bに対してはブラッグ角から大きく外れて
おり、これらにより回折されずにこれらを単に透過す
る。側面鏡26、28により反射されたレーザビームについ
ても同様である。

しかし、ホログラフィック回折格子によりレーザ光が
反射吸収されるため、ホログラフィック回折格子の交差
部から出射された走査光強度が他の区域からのそれより
も低くなり、走査光強度が均一とならず、上述の問題点
が生ずる。

そこで、本実施例では次のような構成を付加してこの
問題点を解決している。

すなわち、モータ22の回転軸にインクリメンタル型の
ロータリエンコーダ44の回転軸を連結して、ポリゴンミ
ラー20の回転角に比例した個数のパルスをロータリエン
コーダ44から取り出している。また、ポリゴンミラー20
の回転基準位置を検出するために、側面鏡24の側方に光
検出器46を配設して、ポリゴンミラー20の側面で反射さ
れたレーザ光を光検出器46で検出することにより、ポリ
ゴンミラー20の各側面と光検出器46の光軸とのなす角が
所定角になっていることを検知する。すなわち、ホログ
ラフィック回折格子34a上の走査開始直前に対応したポ
リゴンミラー20の回転位置が光検出器46により検出され
る。したがって、この位置を基準位置としてロータリエ
ンコーダ44から取り出されるパルスを計数することによ
り、ホログラフィック回折格子交差部を走査しているか
どうかを判定することができる。

この判定を行うために、第１図に示す如く、光検出器
46からの出力パルスでカウンタ48の内容をクリアし、ロ
ータリエンコーダ44からの出力パスルの個数をカウンタ
48で計数し、その計数値Ｎをコントローラ50に供給して
いる。また、この判定結果に応じてレーザ10の発光強度
を調節するために、電源52の異なる出力電圧V₁、V₂を、
アナログスイッチ54を介し選択的にレーザ10へ供給し、
このアナログスイッチ54をコントローラ50で切換制御し
ている。通常はアナログスイッチ54がＬ側にされて電源
電圧V₁がレーザ10に供給されている。V₁＜V₂であり、レ
ーザ10の発光強度は、V₁よりV₂の電源電圧をレーザ10に
供給した時の方が大である。

次に、第４図に基づいてコントローラ50によるレーザ
10の発光強度調節処理手順を説明する。

（60）レーザビームの走査区域を区別するインデックス
ｉを１とする。

（62）次に、カウンタ40の計数値Ｎを読み取り、このＮ
を予め定められたN₁と比較する。N₁（ｉ＝１〜６）は第
５図（Ａ）に示す如く、ホログラフィック回折格子交差
部走査区域を判定するためのものであり、Ｎの値がN₁〜
N₂、N₃〜N₄又はN₅〜N₆であれば、レーザビームがこの交
差部を走査している。Ｎ＝N₁と判定すると、（64）インデックスｉが奇数であるかどうかを調べる。
最初はｉ＝１であるので、（66）アナログスイッチ54をＨ側にしてレーザ10の発光
強度を大にする。

（68）次に、ｉの値をインクリメントし、（70）ｉの値が７になったかどうかを判定する。ｉ＝２
であるので、ステップ62へ戻る。

（62）計数値Ｎが大きくなり、Ｎ＝N₂と判定すると、（64）ｉが偶数であるので、（72）アナログスイッチ54をＬ側にしてレーザ10の発光
強度を小にする。

以下、上記同様の処理を繰り返し、ステップ70でｉ＝
７と判定すると、ステップ60へ戻り、インデックスｉを
１にして上記処理を再開する。

このような処理により、レーザ10の発光強度は第５図
（Ｂ）に示す如くなり、ホログラムウインド32から出射
される走査光強度I₁は第５図（Ｃ）に示す如く均一にな
る。

したがって、この走査光強度I₁をレーザ安全基準で定
められた許容最大値I_mに近付けることにより、走査範囲
全域にわたってSN比が向上する。換言すれば、集光鏡16
の面積を小さくして光学系をより薄型にしたり、低感度
の安価な光電子増倍管42を用いることが可能となる。

なお、本発明には他にも種々の変形例が含まれる。

例えば、ゼロ信号（回転基準位置）を出力するロータ
リエンコーダを用いてこのゼロ信号によりカウンタ48を
クリアするように構成すれば光検出器46を用いる必要が
ない。また、アブソリュート型のロータリエンコーダを
用いれば光検出器46のみならずカウンタ48も不要とな
る。さらに、インクリメンタル型かつ光電式のロータリ
エンコーダの回転軸に固定されたパルス円板縁部に、交
差部走査区間に相当する部分のみに円弧上の長孔を形成
し、このパルス円板縁部を介し発光素子と受光素子を対
向して固定側に配置した特殊なロータリーエンコーダを
用いれば、ロータリーエンコーダの出力信号レベルのみ
で交差部走査区間を検出することができる。

また、ポリゴンミラー20の代わりにホログラムディス
ク又はガルバノミラー等を用いてレーザビームを走査す
るレーザスキャナであってもよい。これらの場合もホロ
グラムディスク又はガルバノミラー等の回転軸の回転量
または回転角等を検出することにより、帯状グラフィッ
ク回折格子上のレーザビーム走査位置を検出することが
できる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明に係るレーザスキャナに
よれば、レーザビームに帯状グラフィック回折格子上の
交差部を走査する区間を検出し、検出された交差部走査
区間においては他の区間よりもレーザの出力を高くさせ
て、ホログラムウインドから出射される走査光強度を均
一にするので、この走査光強度をレーザ安全基準で定め
られた許容最大値に近付けることにより、信号光を集め
る集光鏡の面積を従来よりも狭くしたり、従来よりも低
感度の信号光検出器を用いたりすることができ、装置の
小型化または低コスト化を図ることができるという優れ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】第１図乃至第５図は本発明の一実施例に係り、第１図はレーザスキャナの光強度調節部のブロック図、第２図はレーザスキャナ光学系の斜視図、第３図は第２図に示すホログラムウインド32の構成を示
す分解斜視図、第４図はレーザの発光強度調節処理手順を示すフローチ
ャート、第５図（Ａ）はカウンタの計数値Ｎと交差部走査区域と
の関係を示す図、第５図（Ｂ）は同図（Ａ）対応してレーザ発光強度の変
化を示す図、第５図（Ｃ）はホログラムウインド32から出射される走
査光強度を示す図である。第６図は従来例の問題点を説明するための、ホログラム
ウインド上の光走査位置とホログラムウインドから出射
される走査光強度との関係を示す線図である。図中、 10はレーザ 16は集光鏡 20はポリゴンミラー 22はモータ 24、26、28は側面鏡 32はホログラムウインド 34、36、38は透明基板 34a、36a、36b、38a、38bはホログラフィック回折格子 42は光電子増倍管 44はロータリエンコーダ 46は光検出器 48はカウンタ 50はコントローラ 52は電源 54アナログスイッチ

フロントページの続き (72)発明者山岸文雄神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者池田弘之神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (56)参考文献特開昭63−218914（ＪＰ，Ａ) 特開平１−179102（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ（10）から放射されたレーザビーム
がホログラムウインド（32）に形成された複数の交差す
る帯状ホログラフィック回折格子（34a、36a、36b、38
a、38b）を透過回折し該帯状グラフィック回折格子を走
査することにより被測定物を走査するレーザスキャナに
おいて、該ホログラフィック回折格子（34a、36a、36b、38a、38
b）上のレーザビームが該交差部を走査する区間（N₁〜N
₂、N₃〜N₄、N₅〜N₆）を検出する交差部走査区間検出手
段（44、46、48、50、62、64）と、検出された該交差部走査区間においては他の区間よりも
該レーザ（10）の出力を高くさせて、該ホログラムウイ
ンド（32）から出射される走査光強度を均一にするレー
ザ出力制御手段（50、54）と、を有することを特徴とするレーザスキャナ。