JP2756028B2 - Laser scanner device - Google Patents

Laser scanner device

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JP2756028B2
JP2756028B2 JP2236519A JP23651990A JP2756028B2 JP 2756028 B2 JP2756028 B2 JP 2756028B2 JP 2236519 A JP2236519 A JP 2236519A JP 23651990 A JP23651990 A JP 23651990A JP 2756028 B2 JP2756028 B2 JP 2756028B2
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JP
Japan
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lens
electro
voltage
light beam
electrode pair
Prior art date
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JP2236519A
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Japanese (ja)
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Inventor
孝 芝口
広義 船戸
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、バーコードリーダ等のレーザスキャナ装置
に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a laser scanner device such as a bar code reader.

従来の技術 一般に、バーコードリーダ等にあっては、解像力のよ
い読取りが要求される。
2. Description of the Related Art In general, a barcode reader or the like requires reading with good resolving power.

このため、例えば実開昭53−16446号公報によれば、
ホログラムディスク上の各セクタの焦点距離を各々変え
るか、又は、凸レンズを配列して凸レンズを焦点距離を
各々変えることにより、実質的に多焦点化し、複数回読
取られた信号の内、解像力のよいものをバーコード読取
り信号として解読するようにしている。
For this reason, for example, according to Japanese Utility Model Laid-Open No. 53-16446,
By changing the focal length of each sector on the hologram disk, or by arranging convex lenses and changing the focal length of each convex lens, the focal point is substantially multifocal, and among the signals read multiple times, the resolution is good. The object is decoded as a bar code reading signal.

また、特開昭60−178587号公報によれば、異なる変調
ビームなる複数のビームを用いて焦点の異なる位置に収
束させ(一方のビームに対しては凸レンズ、他方のビー
ムに対しては凹レンズを付加する)これらの複数ビーム
を同時に走査させるようにしている。
According to Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-178587, a plurality of beams having different modulation beams are used to converge at different focal points (a convex lens is used for one beam, and a concave lens is used for the other beam). These additional beams are simultaneously scanned.

さらに、月刊“バーコード”(1988年12月号、日刊工
業出版社、第54頁〜第57頁)の「自動焦点型レーザスキ
ャナ」によれば、距離計を用いてバーコードまでの距離
を予め測定し、結果をバーコードリーダに送出し、バー
コードリーダ側ではこの結果に基づいてビーム収束系を
制御するようにしている。
Furthermore, according to the “autofocus laser scanner” in the monthly “Barcode” (December 1988, Nikkan Kogyo Shuppan, pp. 54-57), the distance to the barcode is measured using a distance meter. It measures in advance and sends the result to a barcode reader, and the barcode reader controls the beam convergence system based on the result.

発明が解決しようとする課題 ところが、複数の異なる焦点距離セクタを持つホログ
ラムディスクの製造は困難である。即ち、セクタ毎に収
差補正を含めた最適設計が必要となり、そのためのディ
スク原盤露光作製光学系が複雑となってしまう。
Problems to be Solved by the Invention However, it is difficult to manufacture a hologram disk having a plurality of different focal length sectors. That is, an optimum design including aberration correction is required for each sector, which complicates the optical system for exposing and producing a master disk.

また、複数ビーム方式の場合、複数ビームを用いてい
るため、レーザ光源、収束光学系が各々のビームについ
て必要であり、かつ、レーザ光の変調回路も各々必要で
あり、コスト高となってしまう。
In the case of the multiple beam system, since a plurality of beams are used, a laser light source and a converging optical system are required for each beam, and a modulation circuit for the laser beam is also required, resulting in high cost. .

さらに、距離測定方式の場合には、距離計を設置する
必要があり、使用制限を受ける。また、距離計使用によ
りコスト高ともなる。さらには、距離測定結果に基づき
レンズを機械的に動かすことになるが、収束位置変化を
高速で行なわせるのは困難である。また、機械的方式に
よるため、振動などにも弱く、経時変化を受けやすく、
装置も大型化しやすい。
Further, in the case of the distance measurement method, it is necessary to install a distance meter, which limits the use. In addition, the use of a distance meter increases costs. Further, the lens is mechanically moved based on the distance measurement result, but it is difficult to change the convergence position at a high speed. In addition, because it uses a mechanical system, it is also susceptible to vibration,
The equipment is also easy to increase in size.

課題を解決するための手段 請求項1記載の発明では、レーザ光源からの光ビーム
を収束光学系により収束させるとともに光偏向器により
偏向走査させて情報を光学的に読取るようにしたレーザ
スキャナ装置において、前記収束光学系中に、電気光学
結晶と、この電気光学結晶の光ビーム透過方向に沿って
対向する両面に形成されて電圧印加により前記光ビーム
を収束させるレンズ作用を付与する大きさ及び形状の電
極対と、この電極対に電圧を印加する電源手段とからな
る電気光学レンズを設けた。
Means for Solving the Problems According to the invention as set forth in claim 1, in a laser scanner device which converges a light beam from a laser light source by a converging optical system and deflects and scans by an optical deflector to optically read information. An electro-optic crystal in the converging optical system, and a size and a shape formed on both surfaces of the electro-optic crystal facing each other along the light beam transmission direction to provide a lens function of converging the light beam by applying a voltage. And an electro-optical lens comprising a power supply means for applying a voltage to the electrode pair.

請求項2記載の発明では、請求項1記載の電気光学レ
ンズの電極対に代えて、電圧印加により前記光ビームを
発散させるレンズ作用を付与する大きさ及び形状の電極
対とした。
According to the second aspect of the invention, the electrode pair of the electro-optic lens according to the first aspect is replaced with an electrode pair having a size and a shape giving a lens function of diverging the light beam by applying a voltage.

作用 電気光学レンズにあっては、電源手段によって電極対
に所定の電圧を印加すると、電気光学効果により電気光
学媒体結晶中に屈折率分布が生じる。この時、請求項1
記載の発明では、電極対の大きさ及び形状がこの結晶に
光ビームを収束させるレンズ作用を付与するものであ
り、入射した光ビームはこのレンズ作用を受けて収束す
る。この場合、印加電圧を変化させることにより収束位
置を連続的かつ任意に可変できる。また、請求項2記載
の発明では、電極対の大きさ及び形状がこの結晶に光ビ
ームを発散させるレンズ作用を付与するものであり、入
射した光ビームはこのレンズ作用を受けて発散する。こ
の場合、印加電圧を変化させることにより発散位置を連
続的かつ任意に可変できる。このような電気光学レンズ
が収束光学系中に存在することにより、読取り深度の広
い読取りが可能となる。また、機械的な可動を要しない
ため、高速の焦点可変も可能となり、構造的にも小型
化、耐振動性、長期安定性を確保できる。
In the electro-optical lens, when a predetermined voltage is applied to the electrode pair by the power supply means, a refractive index distribution is generated in the electro-optical medium crystal due to the electro-optical effect. At this time, claim 1
In the described invention, the size and shape of the electrode pair give the crystal a lens function of converging a light beam, and the incident light beam is converged by the lens function. In this case, the convergence position can be changed continuously and arbitrarily by changing the applied voltage. According to the second aspect of the present invention, the size and shape of the electrode pair imparts a lens function to diverge the light beam to the crystal, and the incident light beam is diverged by the lens function. In this case, the divergence position can be changed continuously and arbitrarily by changing the applied voltage. The presence of such an electro-optical lens in the converging optical system enables reading with a wide reading depth. Also, since no mechanical movement is required, high-speed focus change is possible, and structurally, downsizing, vibration resistance, and long-term stability can be ensured.

実施例 本発明の第一の実施例を第1図ないし第4図に基づい
て説明する。本実施例は、バーコードリーダに適用した
ものである。その基本構造及び動作としては、レーザ光
源なる半導体レーザ1から射出させた光ビームをコリメ
ートレンズ2により平行化した後、収束光学系をなす収
束レンズ3により収束させ、光偏向器なるポリゴンミラ
ー4の一面により偏向走査させ、走査ビーム5として収
束位置Aのバーコード6面を走査させる。バーコード6
面からの反射ビームは、ポリゴンミラー4により再び反
射され収束レンズ3をも再度通り、中心孔開きミラー7
により反射させて入射ビームと分離し、レンズ8により
光検出器9に結像させてバーコード情報として読取られ
る。
Embodiment A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment is applied to a barcode reader. Its basic structure and operation are as follows. After a light beam emitted from a semiconductor laser 1 as a laser light source is collimated by a collimating lens 2 and converged by a converging lens 3 as a converging optical system, a polygon mirror 4 as an optical deflector is formed. The scanning is performed by deflection on one surface, and the bar code 6 at the convergence position A is scanned as the scanning beam 5. Bar code 6
The reflected beam from the surface is reflected again by the polygon mirror 4, passes through the converging lens 3 again, and passes through the center aperture mirror 7.
, And is separated from the incident beam, formed on the photodetector 9 by the lens 8 and read as barcode information.

しかして、本実施例では、前記収束レンズ3の前段光
路上に焦点距離可変機能を持つ電気光学レンズ10を設け
たものである。また、この電気光学レンズ10に対する入
射ビームはz方向に直線偏光されたものとされるが、こ
れは、半導体レーザ1の配置により実現できる。
In the present embodiment, an electro-optical lens 10 having a variable focal length function is provided on the optical path before the converging lens 3. The incident beam to the electro-optical lens 10 is assumed to be linearly polarized in the z-direction. This can be realized by disposing the semiconductor laser 1.

ここに、この電気光学レンズ10について第3図及び第
4図により説明する。電気光学レンズ10はほぼ矩形状の
電気光学結晶11、例えばPLZT電気光学結晶をベースとし
て形成されている。その組成は、9.0/65/35が適当であ
るが、他の組成であってもよい。その入・出射端面は平
面形状に光学研磨されている。このような電気光学結晶
11の光路(光ビーム透過y方向)に沿って対向するz方
向の両面には、入射側より順に、第1電極対12と第2電
極対13とが形成されている。第1電極対12は電極膜12a,
12bの対からなるが、これらの電極膜12a,12bは図示の如
く、x−y平面内で媒体幅方向の中央部に電極部d1にて
長さl1に形成された直線短冊状形状のものであり、これ
らの電極膜12a,12b間には電圧V1なる第1電源手段(電
源手段)14が接続され、図示しない制御系、スイッチン
グ手段により可変的な電圧V1を選択的に印加し得るよう
に構成されている。第2電極対13はx方向に間隙gを持
たせ幅方向両側に長さl2に形成した直線短冊状の2つず
つの電極膜13a1,13a2,13b1,13b2からなり、電圧V2なる
第2電源(電源手段)15に接続されている。この第2電
源15も、図示しない制御系、スイッチング手段により可
変的な電圧V2を選択的に印加し得るように構成されてい
る。これらの電極材料としては例えば金Auが使用される
が、他の導電性材料であってもよい。また、電極膜の形
状は導電性ペーストを用いたスクリーン印刷法等により
行われる。
Here, the electro-optical lens 10 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. The electro-optic lens 10 is formed based on a substantially rectangular electro-optic crystal 11, for example, a PLZT electro-optic crystal. The composition is suitably 9.0 / 65/35, but other compositions may be used. The input and output end faces are optically polished into a planar shape. Such an electro-optic crystal
A first electrode pair 12 and a second electrode pair 13 are formed on both surfaces in the z direction that are opposed to each other along the 11 optical path (light beam transmission y direction) in order from the incident side. The first electrode pair 12 includes an electrode film 12a,
Consists pairs 12b, these electrode films 12a, 12b is as shown, x-y plane within the linear strip-like shape formed in a length l 1 at electrode portions d 1 in the central portion of the medium width direction is of, these electrode films 12a, a first power supply means (power means) 14 made of voltages V 1 is connected between 12b, a control system (not shown), the variable voltages V 1 selectively by the switching means It is configured to be able to apply. The second electrode pair 13 comprises two linear strip-shaped electrode films 13a 1 , 13a 2 , 13b 1 , 13b 2 each having a gap g in the x direction and a length l 2 on both sides in the width direction. V 2 is connected to a second power supply (power supply means) 15. The second power source 15 is also a control system (not shown), and is configured so as to selectively apply a variable voltage V 2 by the switching means. For example, gold Au is used as these electrode materials, but other conductive materials may be used. The shape of the electrode film is formed by a screen printing method using a conductive paste or the like.

このような構成において、電気光学レンズ10は、直線
偏光状態の光ビームが電気光学結晶11の入射端面から入
射し、電極膜12a,12b及び電極膜13a,13bの影響の及ぶ領
域内部を通り、他方の出射端面から出射光ビームとして
出射されるものとする。ここに、第1,2電極対12,13に電
圧が印加されていない状態では、光ビームは電気光学結
晶11中では何んらの変化も受けずにそのまま出射端面側
に進行する。
In such a configuration, the electro-optic lens 10 is such that a light beam in a linearly polarized state enters from the incident end face of the electro-optic crystal 11 and passes through the area affected by the electrode films 12a and 12b and the electrode films 13a and 13b. It is assumed that the light is emitted from the other emission end face as an emission light beam. Here, in a state where no voltage is applied to the first and second electrode pairs 12 and 13, the light beam proceeds to the emission end face side in the electro-optic crystal 11 without any change.

しかして、第1電極対12には電圧V1を印加し、第2電
極対13には電圧V2を印加すると、各々の電極対の影響の
及ぶ領域において電気光学結晶11に所定の屈折率分布が
生じ、第1電極対12によってはz方向に収束させるレン
ズ作用が付与され、第2電極対13によってはx方向に収
束させるレンズ作用が付与される。よって、このような
電圧印加状況下に電気光学結晶11に入射された直線偏光
の光ビーム1は所定のレンズ作用を受けて出射ビームと
して出射されることになる。
Thus, the first electrode pair 12 applies a voltage V 1, when the second electrode pair 13 applies a voltage V 2, a predetermined refractive index electrooptic crystal 11 in the region over which the effect of each of the electrode pairs Distribution occurs, and the first electrode pair 12 gives a lens effect of converging in the z direction, and the second electrode pair 13 gives a lens effect of converging in the x direction. Therefore, the linearly polarized light beam 1 incident on the electro-optic crystal 11 under such a voltage application state is emitted as an emission beam by receiving a predetermined lens action.

ここに、電圧印加時の電気光学レンズ10におけるレン
ズ作用を、さらに詳細に説明する。まず、第1電極対12
に電圧V1を印加すると、電気光学結晶11中には第4図
(a)中に破線E1で示すような電界分布が生じ、電極部
付近で強く電気光学結晶11の中心部で弱くなる。これ
は、第2電極対13側でも同様であり、第2電極対13に電
圧V2を印加すると、その電極形状、配置により、電気光
学結晶11中には第4図(b)中に破線E2で示すような電
界分布が生じる。この結果、PLZT電気光学結晶の電気光
学効果によりx−z平面でx=0(第4図(b)に示す
電気光学結晶11の中心を原点とする)付近で屈折率が高
くなる屈折率分布となる。何れにしても、このような電
界分布に基づき、PLZT電気光学結晶の電気光学効果(2
次電気光学効果)により結晶中に屈折率分布が生じる。
Here, the lens operation of the electro-optical lens 10 when applying a voltage will be described in more detail. First, the first electrode pair 12
When a voltage V 1 is applied to the electro-optic crystal 11, an electric field distribution is generated in the electro-optic crystal 11 as shown by a broken line E 1 in FIG. . The same applies to the second electrode pair 13. When a voltage V 2 is applied to the second electrode pair 13, the electro-optical crystal 11 has a broken line in FIG. electric field distribution occurs as shown by E 2. As a result, due to the electro-optic effect of the PLZT electro-optic crystal, the refractive index distribution where the refractive index increases near x = 0 (with the origin at the center of the electro-optic crystal 11 shown in FIG. 4B) on the xz plane. Becomes In any case, based on such an electric field distribution, the electro-optic effect of PLZT electro-optic crystal (2
Next-order electro-optic effect) causes a refractive index distribution in the crystal.

いま、電界の方向及び直線偏光方向をz方向、入射光
ビームの方向をy軸方向とし、電界中での屈折率のz成
分をn2とすると、 となる。但し、n0は電界E=0におけるPLZT電気光学結
晶の屈折率、R33は2次電気光学定数のマトリックス成
分である。
Now, assuming that the direction of the electric field and the direction of linear polarization are the z direction, the direction of the incident light beam is the y-axis direction, and the z component of the refractive index in the electric field is n 2 , Becomes Here, n 0 is the refractive index of the PLZT electro-optic crystal at the electric field E = 0, and R 33 is the matrix component of the secondary electro-optic constant.

(1)式より電界EZによる屈折率変化のz成分Δnz
は、 となり、電界強度の2乗に比例する。この結果、電界の
強いところが屈折率が小さくなるため、PLZT電気光学結
晶中の電極部付近では屈折率が低く結晶中の中心付近で
高くなる屈折率分布となる。よって、第1電極対12によ
るレンズ作用はz方向となる一方向に中心に向かって生
ずる。第2電極対13によるレンズ作用はx方向なる一方
向に中心に向かって生ずる。これらのレンズ作用は電極
長さl1,l2が長いほど、その効果は大きいものとなる。
(1) z-component of the refractive index change due to the electric field E Z from equation Δnz
Is And is proportional to the square of the electric field strength. As a result, since the refractive index becomes small in the place where the electric field is strong, the refractive index distribution becomes low near the electrode part in the PLZT electro-optic crystal and high near the center in the crystal. Therefore, the lens action by the first electrode pair 12 occurs toward the center in one direction that is the z direction. The lens action by the second electrode pair 13 occurs toward the center in one direction, that is, the x direction. These lens effects become more significant as the electrode lengths l 1 and l 2 are longer.

よって、電気印加時に、z方向に直線偏光した光ビー
ムが電気光学結晶11に入射すると、第1電極対12により
z方向にレンズ作用を受け、この場合の焦点距離は第3
図に示すようにf0となり、P点に収束する。この光ビー
ムが第2電極対13の領域に入ると、今度は第2電極13に
よってx方向にレンズ作用を受け、焦点距離f0′となっ
てP点に収束する。よって、P点ではz,x両方向のレン
ズ作用を受けたスポット像が得られる。なお、P点なる
同一点にz,x両方向の収束光を収束させるためには、各
々の方向の収束性能に応じ、第1,2電極対12,13の長さ
l1,l2又は印加電圧V1,V2を適宜設定すればよい。
Therefore, when a light beam linearly polarized in the z-direction is incident on the electro-optic crystal 11 during the application of electricity, the first electrode pair 12 receives a lens action in the z-direction.
Next f 0 as shown in FIG, converges to a point P. When this light beam enters the region of the second electrode pair 13, it is then subjected to a lens action in the x direction by the second electrode 13, and converges to a point P with a focal length f 0 ′. Therefore, at point P, a spot image subjected to lens action in both z and x directions is obtained. In order to converge the convergent light in both the z and x directions to the same point P, the length of the first and second electrode pairs 12 and 13 should be adjusted according to the convergence performance in each direction.
l 1 and l 2 or the applied voltages V 1 and V 2 may be set as appropriate.

しかして、第1図及び第2図のバーコードリーダに戻
り、上記電気光学レンズ10の作用を合わせて動作を説明
する。まず、第1,2電極対12,13に電圧が印加されていな
い場合には電気光学レンズ10が何のレンズ作用も示さな
いため、入射した光ビームは電気光学結晶11をそのまま
透過し、収束レンズ3により収束され(さらに、偏向さ
れ)その収束位置Aなるバーコード6面に収束される。
Returning to the bar code reader shown in FIGS. 1 and 2, the operation will be described together with the operation of the electro-optical lens 10. First, when no voltage is applied to the first and second electrode pairs 12 and 13, the electro-optic lens 10 does not show any lens action, so that the incident light beam passes through the electro-optic crystal 11 as it is and converges. The light is converged (and further deflected) by the lens 3 and converged on the barcode 6 surface at the convergence position A.

一方、第1,2電極対12,13に電圧V1,V2を印加すると、
前述したように、第1電極対12の領域ではz方向にレン
ズ作用を受け、第2電極対13の領域ではx方向にレンズ
作用を受ける。この場合、電極対の長さ又は印加電圧を
適宜設定することにより、z,x両方向に同一の収束パワ
ーを持つスポットとして結像させることができる。この
ように電気光学レンズ10によりz,x方向に収束を受けた
光ビームは、さらに収束レンズ3により収束されつつポ
リゴンミラー4の偏向走査を受け、収束位置Bなるバー
コード6′面を走査する。即ち、収束位置Aの場合より
もレンズ側に近い焦点位置を走査することになる。つま
り、収束光学系は収束レンズ3と電気光学レンズ10との
合成レンズよりなることになる。
On the other hand, when voltages V 1 and V 2 are applied to the first and second electrode pairs 12 and 13,
As described above, in the area of the first electrode pair 12, a lens action is applied in the z direction, and in the area of the second electrode pair 13, the lens action is applied in the x direction. In this case, by appropriately setting the length of the electrode pair or the applied voltage, it is possible to form an image as a spot having the same convergent power in both the z and x directions. The light beam thus converged in the z and x directions by the electro-optical lens 10 is further deflected by the polygon mirror 4 while being converged by the converging lens 3, and scans the bar code 6 'at the convergence position B. . That is, scanning is performed at a focal position closer to the lens side than at the convergence position A. That is, the converging optical system is composed of a combined lens of the converging lens 3 and the electro-optical lens 10.

いま、収束レンズ3の焦点距離をf0、電気光学レンズ
10の焦点距離をfE(V)とすると、合成された焦点距離f
は、近似的に次の(3)式により表される。
Now, let the focal length of the converging lens 3 be f 0 and the electro-optical lens
Assuming that the focal length of 10 is fE (V) , the combined focal length f
Is approximately expressed by the following equation (3).

従って、印加電圧V1,V2を適宜可変させることによ
り、合成された焦点距離fを任意に可変でき、機械的可
動を伴わない焦点距離可変走査が可能となる。焦点距離
可変制御は、1走査毎又は複数走査毎に行い、バーコー
ド6〜6′面からの反射ビームを光検出器9により検知
し、バーコード情報を得ることにより、最も解像力のよ
い情報を選択して信号処理を行うようにすればよい。こ
の場合、反射面(バーコード面)の距離変化により反射
ビームが光検知器9の検知領域から外れないようにこの
光検知器9の大きさを設定しておく。
Therefore, by appropriately varying the applied voltages V 1 and V 2 , the combined focal length f can be arbitrarily varied, and variable focal length scanning without mechanical movement becomes possible. The variable focal length control is performed for each scan or for a plurality of scans, and the reflected light from the barcodes 6 to 6 'is detected by the photodetector 9 to obtain barcode information, thereby obtaining information having the highest resolution. What is necessary is just to select and perform signal processing. In this case, the size of the light detector 9 is set so that the reflected beam does not deviate from the detection area of the light detector 9 due to a change in the distance of the reflection surface (bar code surface).

つづいて、本発明の第二の実施例を第5図ないし第7
図により説明する。前記実施例で示した部分と同一部分
は同一符号を用い、説明も省略する。本実施例は、電気
光学レンズ16につき、一方向、ここではx方向にのみ収
束レンズ作用を付与するようにしたものである。即ち、
電気光学結晶11のz方向に位置する両面には、第2電極
対13と同様の電極対17のみが形成され、その電極膜17
a1,17a2,17b1,17b2には電圧Vなる電源手段18が接続さ
れている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to the drawings. The same parts as those described in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In the present embodiment, the convergent lens effect is applied to the electro-optic lens 16 only in one direction, here, the x direction. That is,
On both surfaces of the electro-optic crystal 11 located in the z direction, only the electrode pair 17 similar to the second electrode pair 13 is formed.
Power supply means 18 having a voltage V is connected to a 1 , 17a 2 , 17b 1 , and 17b 2 .

このような構成においては、電極対17に電圧が印加さ
れていない時には、電気光学レンズ16が何のレンズ作用
も示さず、収束位置Aなるバーコード面6上を走査す
る。第7図(a)はこの時の様子を示す一例で、バーコ
ード6面上に収束ビーム19がスポット照射される。しか
して、電極対17に電圧Vを印加すると、x方向の収束レ
ンズ作用が加わり、合成された焦点距離が短くなるた
め、収束位置Bに位置するバーコード6′に対して第7
図(b)に示すような細長ビーム形状の収束ビーム20と
なって走査することになる(仮想線により円形に示すビ
ーム20′は電圧を印加しない場合を示し、位置Bではボ
ケたものとなることを示す)。
In such a configuration, when no voltage is applied to the electrode pair 17, the electro-optic lens 16 does not exhibit any lens action and scans the bar code surface 6 at the convergence position A. FIG. 7 (a) is an example showing the state at this time, and the convergent beam 19 is spot-irradiated on the bar code 6 surface. When the voltage V is applied to the electrode pair 17, a converging lens function in the x direction is added, and the combined focal length is shortened.
Scanning is performed as a convergent beam 20 having an elongated beam shape as shown in FIG. 6B (a circular beam 20 'indicated by a virtual line indicates a case where no voltage is applied, and is blurred at a position B). Indicating that).

即ち、本実施例によれば、バーコード6′面上でのビ
ーム形状がバーコードラインと直角方向にはシャープな
る細長形状となるため、バーコード6′上の局所的な汚
れ等があってもバーコード情報を読取ることができ、S/
Nが向上する。また、電気光学レンズ16自体も前記実施
例の電気光学レンズ10に比して簡単で、電源も1つで済
むものとなる。
That is, according to the present embodiment, since the beam shape on the bar code 6 'surface is an elongated shape sharp in the direction perpendicular to the bar code line, there is local contamination on the bar code 6'. Can read barcode information,
N improves. Further, the electro-optic lens 16 itself is simpler than the electro-optic lens 10 of the above embodiment, and only one power source is required.

なお、本実施例においては電圧印加時に収束ビーム形
状が細長形状となるようにしたが、シリンドリカルレン
ズを付加して電圧を印加しない状態でビーム形状が細長
形状となるようにし、電圧印加時に円形状となるように
してもよい。
In this embodiment, the convergent beam shape is elongated when a voltage is applied. However, the beam shape is elongated when a voltage is not applied by adding a cylindrical lens. You may make it become.

さらに、本発明の第三の実施例を第8図ないし第11図
により説明する。本実施例は、収束レンズ3の前段光路
上に発散作用により焦点距離可変機能を持つ電気光学レ
ンズ21を設けたものである。この電気光学レンズ21に対
する入射ビームはz方向に直線偏光されたものが用いら
れる。
Further, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, an electro-optical lens 21 having a focal length variable function by a diverging action is provided on the optical path before the converging lens 3. The beam incident on the electro-optical lens 21 is linearly polarized in the z direction.

この電気光学レンズ21はx方向レンズ22とz方向レン
ズ23とを1/2波長板24を挾んで発散発散方向が直交する
ように配設させたものである。ここに、x方向レンズ22
を示す第10図を参照してその構造及び作用を説明する。
x方向レンズ22はほぼ矩形状の電気光学結晶25、例えば
PLZT電気光学結晶をベースとして形成されている。PLZT
はその組成により対称性が変わるが、例えば組成が9/65
/35の対称性は立方晶に属し、中心対称性を持つことか
ら、1次電気光学効果はなく、2次電気光学効果のみと
なる。電圧印加によるレンズ作用は、電気光学効果によ
り屈折率変化が生ずることによる。このような電気光学
結晶25の光路に沿って対向するz方向の両面にはレンズ
作用を生じさせる電極対26が形成されている。これらの
電極対26をなす電極膜26a,26bの形状は、同一面上のも
の同士が半円状にてその円弧側が対向するように形成さ
れている。両面の電極対26間には電圧V3なる電源手段27
が接続され、図示しない制御系、スイッチング手段によ
り可変的な電圧V3を選択的に印加し得るように構成され
ている。そこで、電極対26間に電圧V3を印加すると、電
極対26により挾まれた領域でレンズ作用が生じ、光ビー
ムは電極形成面に平行で光軸に直交する方向に発散作用
を引き起こす。
The electro-optic lens 21 has an x-direction lens 22 and a z-direction lens 23 arranged so that the diverging and diverging directions are orthogonal to each other with a half-wave plate 24 interposed therebetween. Here, the x-direction lens 22
The structure and operation will be described with reference to FIG.
The x-direction lens 22 is a substantially rectangular electro-optic crystal 25, for example,
It is formed based on a PLZT electro-optic crystal. PLZT
Changes the symmetry depending on the composition, for example, the composition is 9/65
Since the symmetry of / 35 belongs to cubic and has central symmetry, there is no primary electro-optic effect and only the secondary electro-optic effect. The lens action by the application of a voltage is due to the change in the refractive index caused by the electro-optic effect. Electrode pairs 26 for generating a lens function are formed on both sides of the electro-optic crystal 25 along the optical path in the z direction. The shapes of the electrode films 26a and 26b forming the electrode pair 26 are formed such that those on the same surface are semicircular and their arc sides face each other. Power supply means 27 with voltage V 3 between electrode pairs 26 on both sides
There are connected, not shown control system, and is configured so as to selectively apply a variable voltage V 3 by the switching means. Therefore, when a voltage is applied to V 3 between the electrode pair 26, the lens action occurs in the sandwiched by the electrode pairs 26 region, the light beam causes diverging action in the direction orthogonal to the parallel optical axes to the electrode forming surface.

いま、第10図に示すようにz方向に直線偏光された光
ビームがy方向に入射したとすると、電極26a,26bによ
り挾まれた領域での屈折率のz成分nzは前述した(1)
の場合と同様となる。即ち、電界Ezを電気光学結晶25に
印加すると、その時の屈折率変化が電界強度Ezの2状に
比例するものとなる。ここに、図示のように半円状に形
成された電極膜26a1,26a2,26b1,26b2の領域に電圧を印
加すると、対向する電極膜26a1,26b1及び26a2,26b2に挾
まれた半円筒状の領域の屈折率がnz、周辺の屈折率がno
で、nz<noであるので、発散作用を持ったシリンダレン
ズが2個形成されたことになり、x方向に発散するレン
ズ作用を生ずる。電界強度Ezを強くすると、シリンダレ
ンズの焦点距離が短くなり、発散作用が増大する。
Now, assuming that a light beam linearly polarized in the z direction is incident in the y direction as shown in FIG. 10, the z component nz of the refractive index in the region sandwiched between the electrodes 26a and 26b is as described above (1).
It is similar to the case of That is, when the electric field Ez is applied to the electro-optic crystal 25, the change in the refractive index at that time becomes proportional to the two states of the electric field strength Ez. Here, when a voltage is applied to the regions of the electrode films 26a 1 , 26a 2 , 26b 1 , 26b 2 formed in a semicircular shape as shown in the drawing, the opposing electrode films 26a 1 , 26b 1 and 26a 2 , 26b 2 The refractive index of the semi-cylindrical region sandwiched by
Since nz <no, two cylinder lenses having a diverging effect are formed, and a lens effect of diverging in the x direction occurs. When the electric field strength Ez is increased, the focal length of the cylinder lens is shortened, and the diverging effect is increased.

本実施例のz方向レンズ23も基本的には同様であり、
電気光学結晶28のz方向両面に半円状の電極膜29a1,29a
2,29b1,29b2による電極対29を形成し、電源手段30によ
り電圧V4を選択的に印加し得るように構成してなる。こ
こに、x方向レンズ22に対して入射する光ビームの偏光
方向はz方向であるが、1/2波長板24を経るため偏波面
が90゜回転されるため、z方向レンズ23にあってはx方
向であり、電界方向と同一であり、z方向の発散作用を
受けるものとなる。
The z-direction lens 23 of the present embodiment is basically the same,
Semicircular electrode films 29a 1 and 29a on both sides of the electro-optic crystal 28 in the z direction.
2, 29 b 1, 29 b 2 of the electrode pair 29 is formed by, becomes configured so as to selectively apply a voltage V 4 by the power supply means 30. Here, the polarization direction of the light beam incident on the x-direction lens 22 is in the z-direction. Is the x direction, the same as the direction of the electric field, and undergoes a divergent action in the z direction.

よって、電気光学レンズ21全体では、第11図に示すよ
うにx及びz方向に発散作用を持つ2次元レンズとな
り、各々の印加電圧V3,V4を適宜変えることにより、各
々独立に焦点距離を変えることができる。
Therefore, the entire electro-optic lens 21 becomes a two-dimensional lens having a diverging action in the x and z directions as shown in FIG. 11, and the focal lengths are independently changed by appropriately changing the applied voltages V 3 and V 4. Can be changed.

本例でも、第8図及び第9図に示すバーコードリーダ
に戻り、このような電気光学レンズ21の作用を合わせて
説明する。まず、電極対26,29に電圧が印加されていな
い場合には電気光学レンズ21がレンズ作用を示さないた
め、入射した光ビームは電気光学結晶25,28をそのまま
透過し、収束レンズ3により収束され(さらに、偏向さ
れ)その収束位置Aなるバーコード6面に収束される
(その反射光による検出は、前述した実施例の場合と同
様である)。
Also in this example, returning to the bar code reader shown in FIGS. 8 and 9, the operation of the electro-optical lens 21 will be described together. First, when no voltage is applied to the electrode pair 26, 29, the electro-optical lens 21 does not exhibit a lens function, so that the incident light beam passes through the electro-optical crystals 25, 28 as it is and is converged by the converging lens 3. The light is further deflected and converged on the surface of the barcode 6 at the convergence position A (the detection by the reflected light is the same as in the above-described embodiment).

一方、電極対26,29に電圧V3,V4を印加すると、前述し
たように、x方向レンズ22部分ではx方向に発散するレ
ンズ作用を受け、z方向レンズ23部分ではz方向に発散
するレンズ作用を受ける。この場合、印加電圧を適宜設
定することにより、x,z両方向に同一の収束パワーを持
つスポットとして結像させることができる。このように
電気光学レンズ21によりx,z方向に発散された光ビーム
は、収束レンズ3により収束されつつポリゴンミラー4
の偏向走査を受け、収束位置Bなるバーコード6′面を
走査する。即ち、収束位置Aの場合よりもレンズ側から
遠い焦点位置を走査することになる。つまり、収束光学
系は収束レンズ3と電気光学レンズ21との合成レンズよ
りなることになる。
On the other hand, when the voltages V 3 and V 4 are applied to the electrode pairs 26 and 29, as described above, the lens acts to diverge in the x direction at the x direction lens 22, and diverges in the z direction at the z direction lens 23. Subject to lens action. In this case, by appropriately setting the applied voltage, an image can be formed as a spot having the same convergence power in both the x and z directions. The light beam diverged in the x and z directions by the electro-optical lens 21 is converged by the converging lens 3 while the polygon mirror 4
And scans the bar code 6 'at the convergence position B. That is, scanning is performed at a focal position farther from the lens side than at the convergence position A. That is, the converging optical system is composed of a combined lens of the converging lens 3 and the electro-optical lens 21.

なお、本実施例では電気光学レンズ21としてx,z両方
向に発散するレンズ作用を持たせたものを用いたが、x
方向レンズ22又はz方向レンズ23のみによる一方向に発
散するレンズ作用を持たせたものであってもよい。
In the present embodiment, the electro-optic lens 21 having a function of diverging in both x and z directions is used.
It may have a lens function of diverging in one direction only by the directional lens 22 or the z-direction lens 23.

また、これらの実施例では光偏向器としてポリゴンミ
ラー4を用いたが、ホログラムを有するホロディスク等
を用いたものでもよい。
Further, in these embodiments, the polygon mirror 4 is used as the optical deflector, but a holo disk or the like having a hologram may be used.

発明の効果 本発明は、上述したように、収束光学系中に、印加電
圧に応じて収束又は発散して焦点距離可変機能を持つ電
気光学レンズを設けたので、印加電圧を変化させるだけ
で機械的可動を伴わず収束位置の連続的かつ任意なる可
変が可能となり、よって、読取り深度の広い読取りが可
能で、例えばバーコード読取り等において読取り可能位
置範囲を大幅に広げることができ、また、機械的な可動
を要しないため、拘束の焦点可変も可能となり、構造的
にも小型化、耐振動性、長期安定性を確保できるもので
ある。
Advantageous Effects of the Invention As described above, the present invention provides an electro-optic lens having a focal length variable function by converging or diverging according to an applied voltage in a converging optical system, so that mechanical The convergence position can be continuously and arbitrarily varied without any objective movement, so that a wide reading depth can be read. For example, a readable position range can be greatly expanded in bar code reading and the like. Since no specific movement is required, the focus of the constraint can be changed, and the structure can be reduced in size, vibration resistance, and long-term stability can be ensured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の第一の実施例を示す平面図、第2図は
その側面図、第3図は電気光学レンズの斜視図、第4図
(a)は正面図、同図(b)は縦断正面図、第5図は本
発明の第二の実施例を示す平面図、第6図はその側面
図、第7図はバーコード面上の収束ビーム形状の説明
図、第8図は本発明の第三の実施例を示す平面図、第9
図はその側面図、第10図及び第11図は発散機能を示す電
気光学レンズの斜視図である。 1……レーザ光源、3……収束光学系、4……光偏向
器、10……電気光学レンズ、11……電気光学結晶、12,1
3……電極対、14,15……電源手段、16……電気光学レン
ズ、17……電極対、18……電源手段、21……電気光学レ
ンズ、25……電気光学結晶、26……電極対、27……電源
手段、28……電気光学結晶、29……電極対、30……電源
手段
1 is a plan view showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view thereof, FIG. 3 is a perspective view of an electro-optic lens, FIG. 4 (a) is a front view, and FIG. ) Is a longitudinal front view, FIG. 5 is a plan view showing a second embodiment of the present invention, FIG. 6 is a side view thereof, FIG. 7 is an explanatory view of a convergent beam shape on a bar code surface, FIG. Is a plan view showing a third embodiment of the present invention, and FIG.
The figures are side views, and FIGS. 10 and 11 are perspective views of an electro-optical lens showing a diverging function. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser light source, 3 ... Converging optical system, 4 ... Optical deflector, 10 ... Electro-optical lens, 11 ... Electro-optical crystal, 12,1
3 ... Electrode pair, 14,15 ... Power supply means, 16 ... Electro-optic lens, 17 ... Electrode pair, 18 ... Power supply means, 21 ... Electro-optic lens, 25 ... Electro-optic crystal, 26 ... Electrode pair, 27: Power supply means, 28: Electro-optical crystal, 29: Electrode pair, 30: Power supply means

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】レーザ光源からの光ビームを収束光学系に
より収束させるとともに光偏向器により偏向走査させて
情報を光学的に読取るようにしたレーザスキャナ装置に
おいて、前記収束光学系中に、電気光学結晶と、この電
気光学結晶の光ビーム透過方向に沿って対向する両面に
形成されて電圧印加により前記光ビームを収束させるレ
ンズ作用を付与する大きさ及び形状の電極対と、この電
極対に電圧を印加する電源手段とからなる電気光学レン
ズを設けたことを特徴とするレーザスキャナ装置。
1. A laser scanner device in which a light beam from a laser light source is converged by a converging optical system and is deflected and scanned by an optical deflector to optically read information. A crystal, an electrode pair having a size and a shape formed on both surfaces of the electro-optic crystal facing each other along the light beam transmission direction and imparting a lens function of converging the light beam by applying a voltage, and a voltage applied to the electrode pair. A laser scanner device provided with an electro-optical lens comprising a power supply means for applying a voltage.
【請求項2】レーザ光源からの光ビームを収束光学系に
より収束させるとともに光偏向器により偏向走査させて
情報を光学的に読取るようにしたレーザスキャナ装置に
おいて、前記収束光学系中に、電気光学結晶と、この電
気光学結晶の光ビーム透過方向に沿って対向する両面に
形成されて電圧印加により前記光ビームを発散させるレ
ンズ作用を付与する大きさ及び形状の電極対と、この電
極体に電圧を印加する電源手段とからなる電気光学レン
ズを設けたことを特徴とするレーザスキャナ装置。
2. A laser scanner device wherein a light beam from a laser light source is converged by a converging optical system and information is read optically by deflection scanning by an optical deflector. A crystal, a pair of electrodes formed on both surfaces of the electro-optic crystal facing each other along the light beam transmission direction and having a size and a shape to provide a lens function of diverging the light beam by applying a voltage, and a voltage applied to the electrode body. A laser scanner device provided with an electro-optical lens comprising a power supply means for applying a voltage.
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