JP3101397B2 - 光走査装置 - Google Patents

光走査装置

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JP3101397B2
JP3101397B2 JP2025492A JP2025492A JP3101397B2 JP 3101397 B2 JP3101397 B2 JP 3101397B2 JP 2025492 A JP2025492 A JP 2025492A JP 2025492 A JP2025492 A JP 2025492A JP 3101397 B2 JP3101397 B2 JP 3101397B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光走査装置に関し、特に
光源として半導体レーザを用いた光走査装置に関する。
【0002】バーコードを利用した情報管理システム
は、ストア・オートメーションを中心としたPOS(ポ
イント・オブ・セールス)システムをはじめ、OA(オ
フィスオートメーション)やFA(ファクトリ−オーン
メーション)の分野へとますます進展、拡大している。
【0003】このバーコードを利用した情報管理システ
ムのデバイスの一つであるPOSスキャナは、定置式の
レーザスキャナが主流である。これらの中には、装置の
読み取り性能を維持したままで、装置の小型化をはかる
ため、読み取り窓の部分にホログラムを用いた「ホロウ
ィンド方式」のPOSスキャナが提案されている。ま
た、装置の一層の小型化を図るかめ、レーザ光源にHe
−Neレーザの代わりに半導体レーザを使用した装置が
提案されてきた。
【0004】
【従来の技術】半導体レーザは素子の構成上、図9に示
す如く出力特性が楕円形状となる。この半導体レーザの
ビーム整形手段としては、図10に示す如く、半導体レ
ーザ10の出射レーザビームをコリメータレンズ11で
平行光とし、アパーチャ12で整形した後シリンドリカ
ルレンズ13を通して出射する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】半導体レーザではビー
ムの伝達する面において光量分布がガウス分布する性質
がないので,アパーチャ12やレンズ11,13のケラ
レによって像評価面14での光量分布は図11(A)に
示す如くなり、焦点位置の像評価面15での光量分布は
図11(B)に示す如くなり、フレネル回析による複雑
な光量分布を持つ。
【0006】これに対して図12に示す如く半導体レー
ザ10とコリメータレンズ12との間にガウス分布フィ
ルタ16を配置すると、出射レーザビームの伝達経路上
の像評価面17での光量分布は図13に示す如くガウス
分布となる。しかしながらこの場合も出射ビーム径を可
変することはできなかった。
【0007】バーコードは通常規格の大きさのバーコー
ドの他に、小さな商品に付けられる通常規格の0.8倍
のバーコード、及び通常規格の0.6倍のバーコード等
があり、この通常規格の0.6倍のバーコードを読取可
能なように出射ビーム径を設定すると、焦点位置を中心
とした読取可能範囲が狭くなってしまうという問題があ
った。
【0008】更に、従来より図14に示す如くヘリウム
・ネオン・レーザ99より出射されビーム整形系100
で整形されたレーザビームをポリゴンミラー101で走
査し、ミラー102,103で3分割してホロウィンド
ウ104上のホログラム105,106a,106b,
107a,107b夫々で回析及び絞ることにより空間
上に5方向の走査線パターンAA,BB,CC,DD,
EEを形成する定量式のレーザスキャナがある。上記の
各走査線AA,BB,DD夫々は図15(A),
(B),(C)に夫々示す如く、ミラー102,103
からの走査レーザ光を受けてホログラム105,106
a,107aによって形成されている。
【0009】しかるに、各ホログラム105,106a
(,106b),107a(,107b)夫々は図16
(A),(B),(C)に示す如く互いに異なった結像
特性を有し、各ホログラム105,106a(,106
b),107a(,107b)が最大読取り深度(読取
可能範囲)の出射ビームを得るための最適な入射ビーム
は図16(D),(E),(F)に示す如く互いに異な
っている。
【0010】図14の従来装置は各ホログラム105,
106a(,106b),107a(,107b)夫々
に同一のビーム整形レンズ系(100)で整形した入射
ビームを照射しているため必ずしも最適な入射ビームで
はなくなり、図16(G),(H),(I)に示す如
く、各走査線の読取深度は縮小され、実際の読取り可能
範囲が狭くなるという問題があった。
【0011】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、焦点位置でのビーム径及び読取可能範囲を可変して
各種のバーコードを好適に読取可能な光走査装置を提供
することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の光走査装置は、
半導体レーザから発射されたレーザビームをガウス分布
フィルタでビーム整形した後、ビーム整形手段に入射
し、更に光走査手段で走査させる光走査装置において、
半導体レーザとガウス分布フィルタとの相対距離を可変
するフィルタ移動手段を有する。
【0013】
【作用】本発明においては、半導体レーザとガウス分布
フィルタとの相対位置を可変することにおいて、ビーム
整形手段に入射するレーザビームのビーム径を可変して
焦点位置でのビーム径及び読取可能範囲を可変し、読取
ろうとするバーコードの大きさに応じた読取解像度及び
読取可能範囲を得ることができる。
【0014】
【実施例】図1は本発明装置の原理説明図を示す。同図
中、半導体レーザ20の出射レーザビームはガウス分布
フィルタ21を通った後コリメータレンズ23に入射さ
れ、ここで平行光とされる。この後シリンドリカルレン
ズ23で収束されて出射される。
【0015】上記半導体レーザ20とコリメータレンズ
22との間に配置されたガウス分布フィルタ21は光軸
方向に移動自在とされている。
【0016】ここで、ガウス分布フィルタ21面に照射
されるレーザビーム径は半導体レーザ20とガウス分布
フィルタ21との距離によって決まり、ガウス分布フィ
ルタ21より出射するレーザビーム径はフィルタに入射
するビーム径とフィルタの透過率分布により決まる。図
2(A)に示すガウス分布フィルタ21に入射するビー
ム光量分布の光量がピークの1/e2 となるビーム径を
1 とし、図2(B)に示すガウス分布フィルタ21の
透過率分布の透過率がピークの1/e2 となる径をWf
とし、図2(C)に示すガウス分布フィルタ21から出
射されるビーム光量分布の光量がピークの1/e2 とな
る径をW2 とすると、ビーム径W2 は次式で表わされ
る。
【0017】1/W2 2 =1/W1 2 +1/Wf2 つまりガウス分布フィルタ21の設定位置を可変するこ
とにより所望のビーム径W2 を得ることができる。
【0018】また、シリンドリカルレンズ22に入射す
るビーム径が相対的に大きい場合には焦点位置でのビー
ム径を小さくすることができるが読取可能範囲が狭くな
る。一方、シリンドリカルレンズ22に入射するビーム
径が小さい場合には焦点位置でのビーム径が大きくなる
が読取可能範囲は広くなる。
【0019】これによって図1において、ガウス分布フ
ィルタ21を実線で示す如く、半導体レーザ20に近づ
けた位置に置くと、ガウス分布フィルタ21から出射す
るビームは実線I1 に示す如く大きくなり、焦点位置で
のビーム径は小さくなり、読取解像度は高く通常規格の
0.6倍のバーコードを読取れるが読取可能範囲D1
小さくなる。逆に、ガウス分布フィルタ21を破線で示
す如く半導体レーザ20から遠ざけた位置に置くと、ガ
ウス分布フィルタ21から出射するビームは破線I2
示す如く小さくなり、焦点位置でのビーム径は大きくな
り、読取解像度は低く通常規格の1倍又は0.8倍のバ
ーコードしか読取れないが読取可能範囲D2 は大きくな
る。
【0020】図3は本発明装置を適用した定置式レーザ
スキャナの第1実施例の構造図を示す。同図中、図1と
同一部分には同一符号を付す。
【0021】図3において、コリメータレンズ22を出
射したレーザビームは反射鏡30,31夫々で反射され
てポリゴンミラー32に入射される。ポリゴンミラー3
2は軸33を中心に高速回転されており、ここで、反射
されたレーザビームは反射型のホログラム34を走査す
る。ホログラム34はシリンドリカルレンス23と同一
特性を有するもので、このホログラム34で反射された
レーザビーム35が出射され、バーコード36の読取り
を行なう。
【0022】フィルタ移動駆動部40は切換スイッチ4
1の操作に応じて、ガウス分布フィルタ21を矢印A
(又はB)方向させて半導体レーザ20に近づけた位置
(又は遠ざけた位置)に置く。これによって近づけた位
置では読取用のレーザビーム35のビーム径が小さく読
取可能範囲D1 は小さくなり、遠ざけた位置ではビーム
径が大きく読取可能範囲D2 は大きくなって、読取用の
レーザビーム35のビーム径及び読取可能範囲が可変さ
れる。
【0023】また、図4(A),(B)に示す如くハン
ディ式のレーザスキャナに本発明を適用することも可能
である。図4(A)に示すハンドル部45内に図4
(B)に示す如く半導体レーザ20,ガウス分布フィル
タ21,コリメータレンズ22,シリンドリカルレンズ
23,フィルタ移動駆動部40が収納されており、コリ
メータレンズ22を出射したレーザビームがミラー4
6,47で反射されてモータ48で回転駆動されるポリ
ゴンミラー49により反射され透過型ホログラム50を
走査し、ホログラム50より出射されたレーザビーム5
1でバーコード読取りを行なう。
【0024】この場合も、図4(A)に示す切換スイッ
チ52の操作に応じてガウス分布フィルタ21を半導体
レーザ20に近づけた位置又は遠ざけた位置に置き、レ
ーザビーム51のビーム径及び読取可能範囲を可変す
る。
【0025】次に本発明装置の第2実施例を説明する
に、半導体レーザ20に対してガウス分布フィルタ21
と、コリメータレンズ22及びシリンドリカルレンズ2
3よりなるレンズ系60は互いの相対位置関係を変化す
ることなく半導体レーザ20及びホロウィンド61に対
する相対位置関係を図5(A),(B),(C)夫々に
示す如く可変可能とされている。
【0026】上記のレンズ系60より出射されたレーザ
ビームは図6に示すレーザスキャナの等速回転するホロ
グラムディスクで回析されてミラー63a〜63cを順
次操作し、ミラー64a〜64bで反射されてホロウィ
ンドウ61上のホログラム65a及び65b,66,6
7a及び67bに入射され、これによって操作線パター
ンAA,BB,CC,DD,EEが形成される。
【0027】ここで、ミラー64a,64b,64cの
両端位置には図7に示す如く光センサ70〜73が設け
られており、この光センサ70〜73でレーザビームの
走査位置を検出する。
【0028】この光センサ70〜73夫々の検出信号は
例えば図8(A)に示す端子75より電流駆動回路76
に供給される。電流駆動回路76は光センサ70,71
の光検出期間でコイル77に所定電流を流して永久磁石
78を挿抜駆動し、ガウス分布フィルタ21とレンズ系
60を図5(A)の状態とする。また光センサ71,7
2の光検出期間でコイル77に流す電流を可変してガウ
ス分布フィルタ21とレンズ系60を図5(B)の状態
とし、光センサ72,73の光検出期間でコイル77に
流す電流を可変してガウス分布フィルタ21とレンズ系
60を図5(C)の状態とする。これによってホログラ
ム65a及び65b,66,67a及び67b夫々には
最適入射ビームが供給され、各走査線AA,BB,C
C,DD,EEの読取深度が最大となり、実際の読取可
能範囲が拡大すると共に、各走査線AA,BB,CC,
DD,EE夫々の読取可能範囲をあわせることができ
る。
【0029】上記図8(A)の代りに図8(B)に示す
如く光センサ70〜73の検出信号をペルチェ駆動回路
80に供給し、光センサ70,71間、71,72間、
72,73間夫々の光検出期間でペルチェ素子81,8
2夫々に供給する電流を可変し、ペルチェ素子81,8
2夫々で加熱又は吸熱される。空気シリンダ83,84
の共通ピストン85によりガウス分布フィルタ21とレ
ンズ系60を駆動しても良い。
【0030】更に図8(C)に示す如く、光センサ70
〜73の検出信号をピエゾ駆動回路90に供給し、光セ
ンサ70,71間、71,72間、72,73間夫々の
光検出期間でピエゾ素子91に印加する電圧を可変し、
ピエゾ素子の変位によりガウス分布フィルタ21とレン
ズ系60を駆動しても良い。
【0031】
【発明の効果】上述の如く、本発明の光走査装置によれ
ば、焦点位置でのビーム径及び読取可能範囲を可変して
各種のバーコードを好適に読取ることができ、実用上き
わめて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明装置の原理説明図である。
【図2】本発明の第1実施例を説明するための図であ
る。
【図3】本発明を適用したレーザスキャナの構造図であ
る。
【図4】本発明を適用したレーザスキャナの構造図であ
る。
【図5】本発明の第2実施例を説明するための図であ
る。
【図6】本発明を適用したレーザスキャナの構造図であ
る。
【図7】光センサの配置を示す図である。
【図8】ガウス分布フィルタ及びレンズ系の駆動部を示
す図である。
【図9】半導体レーザを説明するための図である。
【図10】従来装置の構造図である。
【図11】光量分布を示す図である。
【図12】従来装置の構造図である。
【図13】光量分布を示す図である。
【図14】従来のレーザスキャナの構造図である。
【図15】図14の光走査を示す図である。
【図16】ホログラムの結像特性及び読取可能範囲を示
す図である。
【符号の説明】
20 半導体レーザ 21 ガウス分布フィルタ 22 コリメータレンズ 23 シリンドリカルレンズ 34,50 ホログラム 40 フィルタ移動駆動部 41,52 切換スイッチ 60 レンズ系 76 電流駆動回路 80 ペルチェ駆動回路 90 ピエゾ駆動回路
───────────────────────────────────────────────────── 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 高島 裕一郎 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64−26817(JP,A) 特開 昭64−72117(JP,A) 特開 昭63−174013(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 26/10 G02B 27/09

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体レーザ(20)から発射されたレ
    ーザビームをガウス分布フィルタ(21)でビーム整形
    した後、ビーム整形手段(22,23)に入射し、更に
    光走査手段(32)で走査させる光走査装置において、 該半導体レーザ(20)とガウス分布フィルタ(21)
    との相対距離を可変するフィルタ移動手段(40)を有
    することを特徴とする光走査装置。
  2. 【請求項2】 該フィルタ移動手段はガウス分布フィル
    タ(21)とビーム整形手段(60)とを同時に移動す
    ることを特徴とする請求項1記載の光走査装置。
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