JP3350999B2 - ビーム整形レンズモジュール構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光走査装置等に用いら
れるレーザユニットのビーム整形レンズモジュール構造
に関する。

【０００２】代表的な光走査装置としては、レーザプリ
ンタ，ＰＯＳ用バーコードスキャナ等があるが、何れの
場合においてもレーザユニットは光学部の重要な部分と
なっている。また、ＰＯＳ用バーコードスキャナにおい
てはＨｅ−Ｎｅガスレーザが主であったが、近年の技術
進歩（ＰＯＷ出力／応答等）により可視光の半導体レー
ザ（以下ＬＤと略称する）へ移行する傾向にある。

【０００３】

【従来の技術】従来広く使用されているビーム整形レン
ズモジュール構造は、ＬＤ素子２の持つ特性，特に縦／
横方向の発散角の違いからビーム形状を整形する手段と
して、図５の(a) 及び(b) に示すように、発光した半導
体レーザの発散光2-1 の角度が異なるＬＤ素子２は、取
付け位置のマーク2aが一定方向となるように固着されて
いる。

【０００４】このＬＤ素子２の出光側に、前記角度が異
なる発散光2-1 をそれぞれ平行光線に集束するコリメー
タレンズ3-1 と、当該コリメータレンズ3-1 を通過した
断面形状が楕円状の平行光線を、ほぼ円形状の断面に変
換させる２枚のプリズム3-2が配設され、更に該プリズ
ム3-2 を通過した円形状のビームを照射する所定の集光
位置で集光径が例えば約３００μｍとなるようにコンデ
ンサーレンズ3-3 が配列されてレンズ群３を形成してい
る。

【０００５】また、このレンズ群３のレーザビーム５出
光側には、図５(c) に示す如く外形が約１０ｍｍ四方で
板厚が約０．５〜１．０ｍｍの金属よりなる四角板の中
央部に、直径が１．０ｍｍで真円状のビーム整形孔4aが
穿設されたアパーチャ４が、前記集光位置でレーザビー
ム５の照射輪郭が明瞭となるとともに集光密度が最大に
なる位置、例えばコンデンサーレンズ3-3 と上記ＬＤ素
子２およびレンズ群３を配設したフレームの前記レーザ
ビーム５出光側端面に１〜２本の小ねじにより締着して
いる。

【０００６】そして、図５(a) 及び(b) に示す如く上記
ＬＤ素子２の出光した発散光2-1 は前記コリメータレン
ズ3-1 と２枚のプリズム3-2 を通過して、コンデンサー
レンズ3-3 により集束させたレーザビーム５を当該アパ
ーチャ４の該ビーム整形孔4aを通過させることにより、
変形しているレーザビーム５の断面形状を整形して照射
する集光位置で円形となるよう構成されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来のビ
ーム整形レンズモジュール構造で問題となるのは、ＬＤ
素子２とレンズ群３，即ちコリメータレンズ3-1 と一対
のプリズム3-2 およびコンデンサーレンズ3-3 等の製造
品質にバラツキがあり、コンデンサーレンズ3-3により
集光位置で集束されるレーザビーム５の断面形状はプリ
ズム3-2 の配設方向と直交する方向が長径の楕円状とな
るとともに、集光位置で集束されたレーザビーム５の照
射輪郭がぼやけた状態となって、レーザプリンタにおい
ては印刷品質、ＰＯＳ用バーコードスキャナでは読み取
り精度が低下する。

【０００８】これを防止するのに、ビーム整形孔4aを穿
設したアパーチャ４により前記レーザビーム５の断面輪
郭を整形しているが、レンズ群３の製造品質とコリメー
タレンズ3-1 の固着位置とアパーチャ４の締着位置の間
隔にバラツキがあり、一定の直径で円形に穿設した当該
ビーム整形孔4aでは前記楕円状の長径方向のみが整形さ
れて短径方向が整形されない場合が多い。

【０００９】そのため、集束されたレーザビーム５の断
面は前記短径方向のみの輪郭がぼやけるから、直径が異
なるビーム整形孔4aを穿設した複数枚のアパーチャ４を
常に準備して、調整時に集束されたレーザビーム５の断
面を観察しながら最適なアパーチャ４と交換した後に再
調整する作業が強いられているから、その組立て調整に
多くの作業時間を要するという問題が生じている。

【００１０】本発明は上記のような問題点に鑑み、アパ
ーチャのビーム整形孔寸法を容易に調整することができ
る新しいビーム整形レンズモジュール構造の提供を目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願発明のビーム整形レンズモジュール構造は、レ
ーザビームの断面形状を整形するための整形用レンズ群
と、ビーム整形孔が穿設された平板状の一枚のアパーチ
ャとが、レーザビームの進行方向にその順序で配設され
たビーム整形レンズモジュール構造であって、アパーチ
ャの両端を機械的に押すことで、ビーム整形孔を通過す
る楕円状のレーザビームの短径方向の寸法を可変させる
ようにアパーチャを湾曲させることを特徴とする。

【００１２】

【作用】ビーム整形孔が穿設された平板状の一枚のアパ
ーチャの両端を機械的に押してそのアパーチャを湾曲さ
せることにより、ビーム整形孔を通過する楕円状のレー
ザビームの短径方向の寸法を可変させ、レーザビームの
断面輪郭を容易に調整することができる。

【００１３】

【実施例】図２〜図４について本発明の実施例を詳細に
説明する。図２は本発明のビーム整形レンズモジュール
構造の第一実施例を示す斜視図、図３は本発明の第二実
施例を示す断面と正面の模式図、図４は本発明の第三実
施例を示す断面と正面の模式図である。

【００１４】本発明の第一実施例は、図２に示すように
板厚が約1 ．0 ｍｍの金属薄板を従来と同様に一辺が１
０ｍｍの正方形に成形して、中央部にレーザビームを整
形する円直径が１．０ｍｍのビーム整形孔14ａを穿設し
たアパーチャ14を形成し、この一方で対向する端面に前
記ビーム整形孔14ａの中心を通って端面と直角となるよ
うに回転中心軸15が固着されている。

【００１５】また、上記アパーチャ14を配設するフレー
ム11の開口部には、図１(a) に示すコンデンサーレンズ
3-3 から出光するレーザビーム５と直交する面で、レー
ザビーム５の中心を通りプリズム3-2 の配置方向と直交
する線で対向する，即ち図２に示す如くフレーム11の角
筒状開口部の上下壁面に、上記アパーチャ14の端面に固
着した該回転中心軸15の図示していない回転軸部が挿入
できる回動孔11ａが穿設されている。

【００１６】このフレーム11の回動孔11ａにアパーチャ
14の固着した上記回転中心軸15を挿入して回動自在に軸
支するとともに、他方で対向する端面の一方側にアパー
チャ14の側縁を押圧して回動する調整ねじ16を設け、こ
の調整ねじ16によるアパーチャ14の回動に対し反対方向
へ付勢して、アパーチャ14の回動を当該調整ねじ16とで
停止させる板ばね17を、当該調整ねじ16と対向する他方
側の端面に配設している。

【００１７】そして、上記調整ねじ16を回動するとアパ
ーチャ14が回転中心軸15を中心として回動してビーム整
形孔14ａの回動中心線と直交する側の径が小さくなるか
ら、当該ビーム整形孔14ａを通過したレーザビーム５の
集束位置でその断面の輪郭を例えば拡大鏡で観察しなが
ら調整ねじ16の回転を微調整することにより、当該ビー
ム整形孔14ａを通過する該レーザビーム５の整形が行わ
れている。

【００１８】第二実施例は、図３(b) に示すように板厚
が約０．５ｍｍで弾性を有する金属薄板を従来と同様に
一辺が１０ｍｍの正方形に成形し、中央部にレーザビー
ムを整形する円直径が１．０ｍｍのビーム整形孔24ａを
穿設したアパーチャ24を形成して、このビーム整形孔24
ａの中心を通って一方で対向する辺に湾曲を容易にする
ためのスリット24ｂが設けられている。

【００１９】また、上記アパーチャ24を配設するフレー
ム21のレーザビーム５が出光する開口部には、図３(a)
に示すように当該レーザビーム５およびプリズムと直交
する線で対向するそれぞれ壁面を、上記アパーチャ24の
スリット24ｂを設けたそれぞれの端面が整合する寸法で
平行に成形し、他方で対向する壁面をテーパ状にしてア
パーチャ24の他方で対向する端面が整合する寸法より奥
へ行くに従って、例えば０．３ｍｍの段差を有する階段
21ａ状に形成している。

【００２０】そして、上記アパーチャ24を前記テーパ状
開口側より挿入して、当該アパーチャ24の該ビーム整形
孔24ａを通過したレーザビーム５の集束位置でその断面
の輪郭を観察しながら順次奥へ移動することにより、上
記アパーチャ24の湾曲量が大きくなって該ビーム整形孔
24ａの湾曲方向側の径が小さくなるから、レーザビーム
５の集束位置が所定位置になった際に奥への移動を終了
させてその位置の階段21ａに係止することで当該レーザ
ビーム５の整形を行っている。

【００２１】第三実施例は、図４(b) に示すように板厚
が約1 ．0 ｍｍで一辺が１０ｍｍの正方形中央上部に直
径が１．０ｍｍのビーム整形孔34ａを穿設した金属板
を、当該ビーム整形孔34ａの中心を通り一辺と平行な線
にて２分割した形状で一対のアパーチャ34-1, 34-2を形
成し、この一対のアパーチャ34-1, 34-2に前記２分割線
よりそれぞれ一定寸法離れた位置で当該２分割線と平行
な移動用長孔34ｂが、前記ビーム整形孔34ａより一方の
端面側に形成されている。

【００２２】そして、図４(a) に示すようにこのアパー
チャ34-1, 34-2の端縁が摺動できる幅の２本のスライド
溝を微小間隔を隔てて平行に成形した一対のレール35
を、上記アパーチャ34が前記スライド溝を摺動できる間
隔で平行となるように、図示していないフレームの該レ
ーザビーム出光口で当該レーザビームおよびプリズムと
直交する線で対向する壁面に固定している。

【００２３】また、図４(b) に示す如くこの一対のアパ
ーチャ34-1, 34-2を互いに反対方向へ移動させるための
回転調整部材36としては、上記移動用長孔34ｂに挿入さ
れて当該アパーチャ34-1, 34-2をそれぞれ互いに反対方
向へ移動させるピン36-1を、該アパーチャ34-1, 34-2の
前記２分割線が微小間隔，例えば０．５ｍｍで互いに対
向させた際に、それぞれのアパーチャ34-1, 34-2に形成
された前記移動用長孔34ｂの間隔でアーム36-2に植設し
て、この植設された前記ピン36-1の中間点を中心として
回動できるように形成している。

【００２４】そして、一対のレール35に組立てられたア
パーチャ34-1, 34-2の前記２分割線上で上記ビーム整形
孔34ａから離れた位置が回転中心となるように、上記回
転調整部材36が前記フレームの出光側端面に固定された
図示していない支持部材によって軸支されている。

【００２５】この回転調整部材36を矢印方向に回動させ
て、それぞれのアパーチャ34-1, 34-2を２点鎖線で示す
ように互いに反対方向へ移動することにより、ビーム整
形孔34ａの該アパーチャ34-1, 34-2移動方向の寸法が変
化するから、当該ビーム整形孔34ａを通過したレーザビ
ームの集束位置でその断面の輪郭を観察しながら、回転
調整部材36の回動を調整することにより該レーザビーム
の整形が行われる。

【００２６】その結果、レンズ群の出光側に設けた極め
て簡単な構成によるアパーチャの回転, 湾曲または一対
の移動によって、容易にレーザビーム集束位置での断面
輪郭を整然となるように調整することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば極めて簡単な構成で、アパーチャによるレーザビ
ームの断面輪郭を容易に整然と調整できる等の利点があ
り、著しい経済的及び、信頼性向上の効果が期待できる
ビーム整形レンズモジュール構造を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の原理を示す模式図である。

【図２】 本発明の第一実施例を示す斜視図である。

【図３】 本発明の第二実施例を示す模式図である。

【図４】 本発明の第三実施例を示す模式図である。

【図５】 従来のビーム整形レンズモジュール構造を示
す図である。

【符号の説明】

２はＬＤ素子、 2-1 は発散光、
３はレンズ群、3-1 はコリメータレンズ、
3-2 はプリズム、3-3 はコンデンサーレンズ、５はレー
ザビーム、11 ,21はフレーム、 11ａ
は回動孔、14, 24, 34-1, 34-2はアパーチャ、14ａ，24
ａ，34ａはビーム整形孔、15は回転中心軸、16は調整ね
じ、17は板ばね、21ａは階段、
24ｂはスリット、34ｂは移動用長孔、35はレール、36
は回転調整部材、36-1はピン、
36-2はアーム、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−146016（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−44713（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−148003（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 26/10 G02B 26/02 G02B 27/09

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザビームの断面形状を整形するための
   整形用レンズ群と、ビーム整形孔が穿設された平板状の
   一枚のアパーチャとが、前記レーザビームの進行方向に
   その順序で配設されたビーム整形レンズモジュール構造
   であって、 前記アパーチャの両端を機械的に押すことで、前記ビー
   ム整形孔を通過する楕円状の前記レーザビームの短径方
   向の寸法を可変させるように前記アパーチャを湾曲させ
   る ことを特徴とするビーム整形レンズモジュール構造。