JP3044887B2 - レーザ発光装置とレーザ光走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は走査用レーザ光を放射す
るレーザ発光部とバーコード読取装置に関する。

【０００２】近年、流通業界のＰＯＳシステムに代表さ
れるように、バーコードの利用が盛んになってきたが、
より小型で低価格、低消費電力のバーコード読取装置の
必要性が高まっており、ガスレーザーに代わって半導体
レーザの採用が増えてきている。

【０００３】

【従来の技術】バーコード読取装置はレーザ光で空間を
走査してその反射光を検出してバーコードを読み取る。
図８は従来のバーコード読取装置の構成図である。図に
おいて、３１はレーザダイオードであり、所定の光量の
レーザ光を発光するものである。１はレンズであって、
レーザダイオード31で発光したレーザ光のビームを絞る
ものであり、２９はフィルターであって、レーザ光の強
度を調整するものであり、２はＡミラーであって、レー
ザ光を凹面鏡6 の中央にある小型ミラー3 へ導くもので
あり、３は小型ミラーであって、レーザ光をポリゴンミ
ラー27へ導くものであり、２７はポリゴンミラーであっ
て、多面の回転する鏡であり小型ミラー3を経由したレ
ーザ光を走査するものであり、３５は三面鏡であり、ポ
リゴンミラー27と組み合わせてレーザ光を３本の走査線
に分割して走査するものである。４はブーメランミラー
であって、三面鏡35からのレーザ光を反射してガラス窓
36から外部へ照射するものであり、３６はガラス窓であ
り、レーザ光を照射する窓である。２２はレーザ走査部
であり、ポリゴンミラー27と三面鏡35とブーメランミラ
ー4 とから構成されている。６は凹面鏡であって、読取
対象物25が乱反射したレーザ光を集光して落とし込みミ
ラー7 に集めるものである。７は落とし込みミラーであ
って、凹面鏡6 からの反射光を読取部23へ導くものであ
り、２３は読取部であり、バーコードにより反射された
反射光を受光してその光の強弱からバーコードを識別す
るものである。２４はレーザ光であり、レーザ走査部22
から偏向放射されたものである。２５は読取対象物であ
り、レーザ光で読み取るバーコードが付着されているも
のである。２６は反射光であり、レーザ光24が読取対象
物25で反射した光である。図のバーコード読取装置はレ
ーザダイオード31で所定の光量のレーザ光を発光し、そ
のレーザ光をポリゴンミラー27と三面鏡35とブーメラン
ミラー4 とを組み合わせたレーザ走査部22で偏向してレ
ーザ光24として放射して空間を走査し、読取対象物25に
付着されているバーコードが該レーザ光24を反射光26と
して反射したときは、該反射光26はガラス窓36からブー
メランミラー4 と三面鏡35、ポリゴンミラー27と照射の
時と逆に戻り、凹面鏡6 によって集光されて落とし込み
ミラー4 に集まり、落とし込みミラー4 によって読取部
23に導かれる。該反射光26を読取部23で検知してその光
の強弱でバーコードを識別する。

【０００４】図９は従来のレーザダイオードによるレー
ザ発光部の構成図である。図において、１１は増幅器で
あって、抵抗R4に発生する電圧を増幅するものである。
１２はアナログデジタル変換器( 以下Ａ／Ｄ変換器と略
する）であり、増幅器11の出力Ｖa をデジタル値に変換
する。

【０００５】１３もＡ／Ｄ変換器であり、可変抵抗R2に
生ずる電圧Ｖref をデジタル値に変換する。１４はマイ
クロプロセッサ（以下ＭＰＵと略する）であり、ＬＤＯ
Ｎ信号がＯＮの間、Ａ／Ｄ変換器12、Ａ／Ｄ変換器13の
出力を取り込んで比較し、デジタルアナログ変換器（以
下Ｄ／Ａ変換器と略する）15の入力を出力するものであ
る。１５はＤ／Ａ変換器であり、ＭＰＵ14の出力値をア
ナログ値に変換するものである。１６は増幅器であり、
Ｄ／Ａ変換器15の出力を増幅するものである。１７はレ
ーザダイオード31の発光量を測定するためのフォトダイ
オードであり、光量に比例した電流が流れるものであ
る。

【０００６】３１はレーザダイオードであり、レーザ光
を発するものでありトランジスタT2で決定された電流が
供給される。Ｔ１，Ｔ２はトランジスタ、Ｒ１，Ｒ２，
Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６は抵抗、Ｃ１はコンデンサであ
る。Ｔ１，Ｒ３，Ｃ１でスロースタータ回路を形成して
急激にレーザダイオード31に大電流が流れないように、
レーザダイオード31に供給される電圧の立ち上がりを規
制する。レーザダイオード31に供給される電流は電源Ｖ
ccからトランジスタＴ１、レーザダイオード31、トラン
ジスタＴ２、抵抗Ｒ６を経由してアースに流れる。また
はＴ２は増幅器16の出力電圧に応じた電流をレーザダイ
オード31に供給する。そして、増幅器16の出力電圧はＭ
ＰＵ14のＤ／Ａ変換器15に与える入力により決定され、
ＭＰＵ14がＤ／Ａ変換器15に与える入力は可変抵抗Ｒ2
により発生させる基準電圧Ｖrefとフォトダイオード17
に発生する電流が抵抗Ｒ4 で生ずる電圧から決定され
る。

【０００７】図１０は従来のレーザダイオードの駆動量
の制御フローチャートであり、本レーザダイオード制御
回路のＭＰＵ14の動作を示す。先ず、ステップ80でレー
ザダイオード31の駆動を指令するＬＤＯＮ信号がONかど
うかを判定して、ONであればステップ82へ、OFFであれ
ばステップ81へ進む。

【０００８】ステップ81ではＤ／Ａ変換器15の入力とな
るＭＰＵ14の出力を０Ｖにする。Ｄ／Ａ変換器15はその
アナログ出力Ｖｏを０Ｖとし、増幅器16の出力も０Ｖと
なる。従って、トランジスタＴ２は遮断状態であり、レ
ーザダイオード31には電流は流れない。そして再度ステ
ップ80に戻る。

【０００９】また、ステップ82では、可変抵抗Ｒ2 によ
り発生させる基準電圧Ｖref とレーザダイオード31の発
光によりフォトダイオード17に発生する電流が抵抗Ｒ4
で生ずる電圧を増幅器11で増幅した電圧値Ｖa との差Ｖ
d を計算する。ステップ83でＶd が０より大きければ、
ステップ84へ、そうでなければステップ85へ進む。

【００１０】ステップ84では、ＭＰＵ14はＤ／Ａ変換器
15のアナログ出力Ｖｏを１ｍＶだけ増加させる。Ｄ／Ａ
変換器15は入力されたデジタル値に相当するアナログ値
の電圧を出力する。そして再度ステップ80に戻る。Ｄ／
Ａ変換器15の入力を増加するとアナログ出力Ｖｏが増加
し、トランジスタＴ２を流れる電流が増加し、レーザダ
イオード31を駆動する電流が増加し、レーザダイオード
31の発光量が増加し、フォトダイオード17に発生する電
流が増加する。

【００１１】ステップ85ではＶd が０より小さければス
テップ86へ、そうでなければ、即ちＶd が０であればス
テップ80へ戻る。ステップ86では、ＭＰＵ14はＤ／Ａ変
換器15のアナログ出力Ｖｏを１ｍＶだけ減少させるよう
にＤ／Ａ変換器15の入力を減少してステップ80に戻る。
Ｄ／Ａ変換器15のアナログ出力Ｖｏが減少すると同様に
レーザダイオード31の発光量が減少し、フォトダイオー
ド17に発生する電流が減少する。

【００１２】上記の如く制御することにより基準電圧Ｖ
ref で設定された一定の電圧値に対応したレーザダイオ
ード31の一定の発光が行われる。レーザダイオード31か
ら発光されたレーザ光はレーザ走査部の光学系によって
空間を走査する。走査の方法としてはポリゴンミラーと
多面鏡を組み合わせた方式、ポリゴンミラーとホログラ
ムウインドウ（以下ホロウインドと略する）を組み合わ
せた方式、ホログラムディスクを使用した方式等があ
る。ポリゴンミラーと多面鏡を組み合わせた方式は光の
減衰に関しては効率が良いが、機械的な大きさが多面鏡
の大きさにより制限され小型化が困難なのが欠点であ
る。また、ホロウインドやホログラムディスクを使用し
た場合は小型軽量化の可能性があるがホログラムによる
光の回折効率が製品によって変動するという問題点があ
る。

【００１３】図１１はホロウインドを用いたレーザ光走
査を説明する図である。図において、２８はホロウイン
ドであり微細な表面構造を持つガラス窓であって、その
表面構造により光の回析を生じて所定の方向へレーザ光
を偏向させるものであり、５はホログラム領域であっ
て、ホログラムが印刷された部分である。その他、図７
と同一符号の物は同一物である。

【００１４】図のレーザダイオード31から放射されたレ
ーザ光は多角形の回転する鏡であるポリゴンミラー27に
よって反射されて、ホロウインド28を通過する。ホロウ
インド28は微細な表面構造を持つガラス窓であって、そ
の表面構造により光の回析を生じて所定の方向へレーザ
光を屈析させる。ホロウインド28の回析の効率は製造面
でのバラツキと共に回折角の違いによるバラツキが大き
い。従ってホロウインド28毎に装置から出射されるレー
ザビームの光量を調節する必要があり、透過光量を調整
する調節フィルター29をレーザダイオード31の後に設け
て、工場出荷時に所定の光量となるようにフィルターの
設定値を調整していた。

【００１５】ところで半導体レーザは素子の劣化によ
り、常温下でも大体４０００〜８０００時間で寿命とな
る。寿命となった場合はレーザダイオードを交換する必
要があるが、レーザダイオードとその駆動回路は小型軽
量化のため一体として製作しておりレーザ発光部を交換
する場合には、以下の問題点があった。

【００１６】レーザ発光部を交換した場合、ユニット交
換の前後で装置から放射されるレーザ光は、一定としな
ければならない。これは安全面からは規格値より低い十
分安全な光量を放射する必要があり、また、性能面から
は、読取のための反射光を読取誤りを防ぐため一定量以
上にすることが必要であるからである。

【００１７】装置のレーザ光の強度を決定する要因はレ
ーザ発光部とレーザ走査部である。ここでレーザ走査部
は小型軽量化のためポリゴンミラーとホロウインドから
構成される場合には、ホロウインドは回折効率のバラツ
キがある。そこで一定のレーザ光量を得るためにレーザ
光入力に個別のホロウインドに対応した特性のフィルタ
ーを挿入して光量を調節する必要があった。また、ホロ
ウインドの回折角による回折効率のバラツキがあり、複
数の走査光をホロウインドで走査する時には各走査光に
よりホロウインドの回折角が異なるため、各走査光の光
量がばらつくことになる。これを回避して各走査光の光
量を等しくする必要もあった。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】レーザ発光部が寿命と
なって交換を行った場合、レーザ光を走査するレーザ走
査部のホロウインドは回折効率のバラツキがあり、そこ
で一定のレーザ光量を得るためにレーザ光入力に個別の
ホロウインドに対応した特性のフィルターを挿入して光
量を調節する必要があり、また、これにより部品点数が
増加して原価が増加し管理工数が増加するという問題が
あり、またレーザダイオードの出力のバラツキやレーザ
走査部の効率のバラツキを補正するためにフィルタの効
率を設定する必要があるという問題もあった。また、ホ
ロウインドの回折角によるバラツキがあり、複数の走査
光をホロウインドで走査する時には各走査光によりホロ
ウインドの回折角が異なるため、各走査光の光量がばら
つくことになる。これを回避して各走査光の光量を等し
くする必要もあった。

【００１９】本発明はこのような点にかんがみて、レー
ザ発光部の交換を行った場合にレーザ発光装置外でのレ
ーザ光量の効率のバラツキを補正して一定のレーザ光を
得る手段を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記の課題は下記の如く
に構成されたレーザ発光装置とレーザ光走査装置によっ
て解決される。図１は、第一の発明の原理図である。 (1) レーザダイオードとレーザダイオードの駆動回路と
駆動回路を制御する光量制御手段とを有するレーザ発光
装置において、レーザ発光装置外のレーザ光量の効率を
予め設定する設定手段と、設定手段により設定されたレ
ーザ発光装置外のレーザ光量の効率を記憶する効率記憶
手段と、効率記憶手段に蓄積されたレーザ光量の効率に
応じて駆動回路を制御する光量制御手段とを備えた構成
である。 (2) レーザダイオードとレーザダイオードの駆動回路と
駆動回路を制御する制御手段と、レーザダイオードから
出力されるレーザ光を走査して複数の走査光を発生する
レーザ走査手段とを有するレーザ光走査装置において、
レーザ走査手段の各走査光の効率と走査時間を予め設定
する設定手段と、設定手段により設定されたレーザ走査
手段の各走査光の効率と走査時間を記憶する記憶手段
と、各走査光の走査開始位置を検出する走査開始位置検
出手段と、各走査光の開始位置から、各走査光の効率と
走査時間に応じて駆動回路を制御する光量制御手段を備
えた構成である。

【００２１】

【作用】

(1) 効率記憶手段41により、駆動回路32内にレーザダ
イオード31から放射するレーザ光のレーザ発光装置外で
の効率を記憶する。

【００２２】光量制御手段42により、該効率記憶手段41
に蓄積された効率に応じて該レーザダイオード31の駆動
回路32を制御してレーザ光の光量を補正する。従って、
上記の手段を設けることにより、所定の光量のレーザ光
を得ることができ、また外部に照射されたレーザ光を直
接検出しなくても、レーザの安全基準を満たしつつ、読
取性能を満たす光量にレーザ出力を制御することができ
る。 (2) 記憶手段44により、各走査光に対応する走査手段
の効率を記憶する。

【００２３】制御手段45により、記憶手段44に蓄積され
た該走査光に対応した効率に応じてレーザダイオード31
の駆動回路32を制御する。上記の如く制御することによ
り、ホロウインドの回折角によるバラツキがあり、複数
の走査光をホロウインドで走査する時には、複数の各走
査光の光量を均一に補正することが出来る。

【００２４】

【実施例】図３は第一の発明の実施例のレーザ発光装置
の構成図である。図において、１８は効率設定スイッチ
であり、装置にレーザ発光部が新たに組み込まれた時、
又は交換された時に、ホロウインドの回折効率を調整者
が設定するものである。１９は入力ポートであり、ＭＰ
Ｕ14が外部から情報を受け取る入口である。５１は効率
記憶部であり、効率設定スイッチ18で設定された効率を
ＭＰＵ14が入力ポート19から取り込んで記憶するもので
ある。52は光量制御補正部であり、レーザ光の光量を制
御する際、効率記憶部51で記憶した効率で光量を補正す
るものである。その他、図８と同一符号の物は同一物で
ある。

【００２５】装置にレーザ発光部が新たに組み込まれた
時、又は交換された時に、レーザ走査部固有の効率を調
整者が効率設定スイッチ18に設定して、ＭＰＵ14が入力
ポート19から取り込んで効率記憶部51に記憶する。効率
記憶部51は不揮発性記憶で構成される。

【００２６】図４は第一の発明の実施例のレーザダイオ
ードの制御フローであり、図３のレーザ発光装置の制御
をする方法である。上記の効率の設定の後レーザダイオ
ードの駆動の制御が開始される。ステップ80で、ＬＤＯ
Ｎ信号がＯＦＦのときはステップ81に進むのは従来と同
じであるがＬＤＯＮ信号がＯＮの時はステップ87に進み
フォトダイオード17に発生する電流を示す電圧Ｖa に効
率設定スイッチ18によって設定されたレーザ走査部の効
率を乗じて実際の走査光の光量に対応させるよう補正す
る。このようにして補正した電圧Ｖa を元にステップ82
に進み以下従来と同様に制御する。従って基準電圧値Ｖ
ref と対応するのはレーザ走査部の効率を乗じたレーザ
光の光量となる。そこでレーザダイオード31とその駆動
回路を交換してもレーザ走査部の効率を交換後に効率記
憶部51に記憶させておくことによって交換前と同じレー
ザ光の光量を発生させることができる。

【００２７】図５は第二の発明のレーザ光走査装置の主
要部の構成図である。図において、１９は入力ポートで
あり、ＭＰＵ14が外部から情報を受け取る入口であり、
３０はタイマーであり、時間を設定すると設定時間後に
信号を送出するものであり、５４は効率記憶部であり、
レーザ走査部で出射する複数の走査光ごとのホロウイン
ドの回折効率と走査時間の間隔を記憶するものである。

【００２８】効率記憶部54は走査光とそれに対応する効
率が記憶されている。これらの値は試験調整時に実験結
果から求めた値を記憶させる。５５は光量制御部であ
り、効率記憶部54に記憶されている各走査光に対応する
ホロウインドの回折効率に基づいて走査光の光量を制御
するものである。

【００２９】２２はレーザ走査部、２４はレーザ光、２
７はポリゴンミラー、２８はホロウインドであり、図１
１で説明したものと同一のものである。その他、図９と
同一符号の物は同一物である。

【００３０】図のレーザ発光部21で発光したレーザ光は
レーザ走査部22のポリゴンミラー27とホロウインド28に
よって偏向されて放射される。図のＭＰＵ14は電源が投
入されて動作を開始するとレーザダイオード31の駆動制
御を開始する。図６は第二の発明の実施例のＭＰＵ14が
行うレーザダイオードの制御フローを示す図である。

【００３１】先ず、ステップ80でレーザダイオード31の
駆動を指令するＬＤＯＮ信号がONかどうかを判定して、
ONであればステップ90へ、OFF であればステップ81へ進
む。ステップ81ではＤ／Ａ変換器15の入力となるＭＰＵ
14の出力を０Ｖにする。従って、トランジスタＴ２は遮
断状態であり、レーザダイオード31には電流は流れな
い。そして再度ステップ80に戻る。

【００３２】ステップ90で、走査光検出センサ53が回転
するポリゴンミラー27によって一定周期で走査されるレ
ーザ光24が所定の走査開始個所にきたことを検出したと
き送出する検出信号の有無を判定して、有ればステップ
91へ、無ければステップ92へ進む。ここで走査光検出セ
ンサ53は三面鏡の鏡の端に設置することができる。

【００３３】図７は第二の発明の時間関係を説明する図
である。ｔ０から動作が開始される。一周期はポリゴン
ミラーの一面に相当し、各ビームのタイミングは各走査
光が対応するホロウインドを走査する時間である。図に
おいて、走査光検出センサの出力(a) が検出されたとき
から第一の走査光の走査する時間間隔（以下ビーム１タ
イミングと称する）(b) が開始され、ビーム１タイミン
グ(b) の後直ちにビーム２タイミング(c) 、ビーム３タ
イミング(d) が連続して発生する。

【００３４】ステップ91では効率記憶部54に記憶されて
いる情報に基づいてタイマー30にビーム１タイミングを
設定し、又対応するホロウインドの回折効率を効率記憶
部54から取り出しＤ／Ａ変換器15の入力となるＭＰＵ14
の出力を設定してステップ92に進む。

【００３５】ステップ92でタイマー30からの設定時間が
経過したことを通知するタイマー信号があるかを判定
し、有ればステップ93へ、なければステップ87へ進む。
ステップ93で現在の走査光の走査をする時間が終了した
ので次の走査光の走査をする時間間隔をタイマー30に設
定し、又次のホロウインドの回折効率を効率記憶部54か
ら取り出しＤ／Ａ変換器15の入力となるＭＰＵ14の出力
を設定してステップ87に進む。

【００３６】ステップ87で設定されたホロウインドの回
折効率を、レーザダイオード31の発光によりフォトダイ
オード17に発生する電流が抵抗Ｒ4 で生ずる電圧を増幅
器11で増幅した電圧値Ｖa に乗じて、現在の走査光に対
応する効率による補正を行う。以降は従来の制御方法と
同様であり説明を省略する。図７の(e) はレーザダイオ
ードの駆動電流の変化を示す図であって、各ビーム毎に
効率が異なるため駆動電流の値が設定により変化するこ
とを示す。

【００３７】上記の如く走査光毎に効率を補正すること
によって、走査光毎のホロウインドの回折効率のバラツ
キを抑えて一定の光量のレーザ光を得ることができる。

【００３８】

【発明の効果】本発明により、レーザ発光部が寿命とな
って交換した場合、レーザ走査部のバラツキを抑えてレ
ーザ光量を交換前後で、同一とすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第一の発明の原理図

【図２】 第二の発明の原理図

【図３】 第一の発明の実施例のレーザ発光装置の構成
図

【図４】 第一の発明の実施例のレーザダイオードの制
御フロー

【図５】 第二の発明の実施例のレーザ光走査装置の主
要部の構成図

【図６】 第二の発明の実施例のレーザダイオードの制
御フロー

【図７】 第二の発明の時間関係を説明する図

【図８】 従来のバーコード読取装置の構成図

【図９】 従来のレーザ発光部の構成図

【図１０】 従来のレーザダイオードの駆動量の制御フ
ローチャート

【図１１】 ホログラムウインドウを用いたレーザ光走
査の説明図

【符号の説明】

１１ 増幅器 １２，１３ Ａ／
Ｄ変換器 １４ ＭＰＵ １５ Ｄ／Ａ変換
器 １６ 増幅器 １７ フォトダイ
オード １８ 効率設定スイッチ １９ 入力ポート ２０ バーコード読取装置 ２１ レーザ発光
部 ２２ レーザ走査部 ２３ 読取部 ２４ レーザ光 ２５ バーコード
読取対象物 ２６ 反射光 ２７ ポリゴンミ
ラー ２８ ホロウインド ２９ 調節フィル
ター ３０ タイマー ３１ レーザダイ
オード ３２ 駆動回路 ３３ 走査手段 ３４ ハーフミラー ３５ 三面鏡 ３６ ガラス窓 ４１ 効率記憶手
段 ４２ 光量制御手段 ４３ 走査光検出
手段 ４４ 記憶手段 ４５ 制御手段 ５１ 効率記憶部 ５２ 制御補正部

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザダイオードとレーザダイオードの駆
   動回路と駆動回路を制御する光量制御手段とを有するレ
   ーザ発光装置において、レーザ発光装置外のレーザ光量の効率を予め設定する設
   定手段と、 設定手段により設定された レーザ発光装置外のレーザ光
   量の効率を記憶する効率記憶手段と、 効率記憶手段に蓄積されたレーザ光量の効率に応じて駆
   動回路を制御する光量制御手段とを備えたことを特徴と
   するレーザ発光装置。
2. 【請求項２】レーザダイオードとレーザダイオードの駆
   動回路と駆動回路を制御する制御手段と、レーザダイオ
   ードから出力されるレーザ光を走査して複数の走査光を
   発生するレーザ走査手段とを有するレーザ光走査装置に
   おいて、レーザ走査手段の各走査光の効率と走査時間を予め設定
   する設定手段と、 設定手段により設定されたレーザ走査手段の各走査光の
   効率と走査時間を記憶する記憶手段と、 各走査光の走査開始位置を検出する走査開始位置検出手
   段と、 各走査光の開始位置から、各走査光の効率と走査時間 に
   応じて駆動回路を制御する光量制御手段を備えたことを
   特徴とするレーザ光走査装置。