JP3435311B2 - 情報読み取り装置 - Google Patents
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- G02B27/095—Refractive optical elements
- G02B27/0955—Lenses
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザなど
の光源からの光束を所望のビーム強度分布の光束として
射出する光源装置に係り、特に深度方向でビーム径変化
が小さいことを要求される光源装置、光走査装置、情報
読み取り装置に関するものである。
の光源からの光束を所望のビーム強度分布の光束として
射出する光源装置に係り、特に深度方向でビーム径変化
が小さいことを要求される光源装置、光走査装置、情報
読み取り装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、バーコード情報の読み取り装置で
あるレーザバーコードリーダは物流における商品管理な
どに広く用いられている。現状のハンディタイプのレー
ザバーコードに要求されるのは、走査面におけるビーム
強度分布の１／ｅ2径が走査する方向（以下、主走査方
向）よりも、走査する方向に直交する方向（以下、副走
査方向）に大きく、深度方向にビーム径の変化が少ない
光学系である。これにより、副走査方向に長い線で記録
されたバーコードを深度方向に広い範囲において低ノイ
ズで読みとることができる。
あるレーザバーコードリーダは物流における商品管理な
どに広く用いられている。現状のハンディタイプのレー
ザバーコードに要求されるのは、走査面におけるビーム
強度分布の１／ｅ2径が走査する方向（以下、主走査方
向）よりも、走査する方向に直交する方向（以下、副走
査方向）に大きく、深度方向にビーム径の変化が少ない
光学系である。これにより、副走査方向に長い線で記録
されたバーコードを深度方向に広い範囲において低ノイ
ズで読みとることができる。
【０００３】レーザバーコードリーダ用の光源の多くは
安価な半導体レーザが用いられいるが、半導体レーザの
方向による非点隔差、放射拡がり角の違いが問題とな
る。従来、この非点隔差、放射拡がり角の補正を行った
光源装置が幾つかの技術文献に開示されている。
安価な半導体レーザが用いられいるが、半導体レーザの
方向による非点隔差、放射拡がり角の違いが問題とな
る。従来、この非点隔差、放射拡がり角の補正を行った
光源装置が幾つかの技術文献に開示されている。
【０００４】米国特許４，２５３，７３５、米国特許
５，０８１，６３９等にはシリンドリカルレンズ、特開
平６−１１０００９号公報にはプリズム、特開平８−５
５１７８号公報には屈折力のある走査ミラーを用いて非
点隔差を補正することが開示されている。
５，０８１，６３９等にはシリンドリカルレンズ、特開
平６−１１０００９号公報にはプリズム、特開平８−５
５１７８号公報には屈折力のある走査ミラーを用いて非
点隔差を補正することが開示されている。
【０００５】また、レーザの放射拡がり角を単レンズで
調整する技術に関しては、特開昭６１−２５４９１５号
公報、特開平１−１０９３１７号公報、特開平４−３０
５６１５号公報に開示されている。
調整する技術に関しては、特開昭６１−２５４９１５号
公報、特開平１−１０９３１７号公報、特開平４−３０
５６１５号公報に開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シリン
ドリカルレンズやプリズムを用いた方法では部品点数が
増加してコストアップとなると共に小型化が困難であ
る、しかも、屈折力を持つ走査ミラーは加工が困難であ
りコストアップとなるという問題点を有していた。
ドリカルレンズやプリズムを用いた方法では部品点数が
増加してコストアップとなると共に小型化が困難であ
る、しかも、屈折力を持つ走査ミラーは加工が困難であ
りコストアップとなるという問題点を有していた。
【０００７】また、放射角を調整する従来の単レンズは
いずれも光利用効率を向上することを目的とするため深
度方向にビーム径変化を小さくすることができないもの
であった。
いずれも光利用効率を向上することを目的とするため深
度方向にビーム径変化を小さくすることができないもの
であった。
【０００８】本発明は、以上のような実情に鑑みてなさ
れたものであり、光源からの光束を所望のビーム強度分
布の光束として射出し、直交方向で強度分布が異なる光
束を生成し、深度方向でビーム径変化を小さくすること
で、小型化及びコストダウンを実現した上で、副走査方
向に長い線で記録されたバーコード等の読み取り情報を
深度方向に広い範囲において低ノイズで読みとることが
でき光源装置、光走査装置及び情報読み取り装置を提供
することを目的とする。
れたものであり、光源からの光束を所望のビーム強度分
布の光束として射出し、直交方向で強度分布が異なる光
束を生成し、深度方向でビーム径変化を小さくすること
で、小型化及びコストダウンを実現した上で、副走査方
向に長い線で記録されたバーコード等の読み取り情報を
深度方向に広い範囲において低ノイズで読みとることが
でき光源装置、光走査装置及び情報読み取り装置を提供
することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１記載の発明は、情報記録面に光束を走査
する光走査装置と、その反射光を検出する検出手段とを
備えた情報読み取り装置であって、前記光走査装置は、
互いに直交するｘ、ｙ方向で異なる放射角を有する光源
と、直交する各方向で異なる屈折力を持ち光源から光束
が入射する異方屈折力単レンズと、前記異方屈折力単レ
ンズからの光束を走査する走査手段とで構成され、前記
光源は、ｘ方向の放射強度の半値全角をθｘ（°）、ｙ
方向の放射強度の半値全角をθｙ（°）とした場合、θ
ｙ＜θｘの条件式を満足し、前記異方屈折力単レンズ
は、前記光源からの発散光束をｙ方向には平行光束又は
発散光束、ｘ方向には収束光束に変換し、ｘ方向の焦点
距離をｆｘ（ｍｍ）、ｙ方向の焦点距離をｆｙ（ｍｍ）
としたとき、以下の条件式を満足することを特徴とする
情報読み取り装置である。
めに、請求項１記載の発明は、情報記録面に光束を走査
する光走査装置と、その反射光を検出する検出手段とを
備えた情報読み取り装置であって、前記光走査装置は、
互いに直交するｘ、ｙ方向で異なる放射角を有する光源
と、直交する各方向で異なる屈折力を持ち光源から光束
が入射する異方屈折力単レンズと、前記異方屈折力単レ
ンズからの光束を走査する走査手段とで構成され、前記
光源は、ｘ方向の放射強度の半値全角をθｘ（°）、ｙ
方向の放射強度の半値全角をθｙ（°）とした場合、θ
ｙ＜θｘの条件式を満足し、前記異方屈折力単レンズ
は、前記光源からの発散光束をｙ方向には平行光束又は
発散光束、ｘ方向には収束光束に変換し、ｘ方向の焦点
距離をｆｘ（ｍｍ）、ｙ方向の焦点距離をｆｙ（ｍｍ）
としたとき、以下の条件式を満足することを特徴とする
情報読み取り装置である。
【００１０】
０．３＜２・ｆｙ・ｔａｎ（θｙ／２）＜０．７
ｆｙ＞ｆｘ
【００１１】また、請求項９の発明は、情報記録面に光
束を走査する光走査装置と、その反射光を検出する検出
手段とを備えた情報読み取り装置であって、前記光走査
装置は、互いに直交するｘ、ｙ方向で異なる放射角を有
する光源と、直交する各方向で異なる屈折力を持ち光源
から光束が入射する異方屈折力単レンズと、前記異方屈
折力単レンズからの光束を走査する走査手段とで構成さ
れ、前記光源は、ｘ方向の放射強度の半値全角をθｘ
（°）、ｙ方向の放射強度の半値全角をθｙ（°）とし
た場合、θｙ＜θｘの条件式を満足し、前記異方屈折力
単レンズは、入射面がｙ方向に負の屈折力を持ち、ｘ方
向に正の屈折力を持つトーリック面であり、ｘ方向の焦
点距離をｆｘ（ｍｍ）、ｙ方向の焦点距離をｆｙ（ｍ
ｍ）とした場合、以下の条件式を満足することを特徴と
する情報読み取り装置である。
束を走査する光走査装置と、その反射光を検出する検出
手段とを備えた情報読み取り装置であって、前記光走査
装置は、互いに直交するｘ、ｙ方向で異なる放射角を有
する光源と、直交する各方向で異なる屈折力を持ち光源
から光束が入射する異方屈折力単レンズと、前記異方屈
折力単レンズからの光束を走査する走査手段とで構成さ
れ、前記光源は、ｘ方向の放射強度の半値全角をθｘ
（°）、ｙ方向の放射強度の半値全角をθｙ（°）とし
た場合、θｙ＜θｘの条件式を満足し、前記異方屈折力
単レンズは、入射面がｙ方向に負の屈折力を持ち、ｘ方
向に正の屈折力を持つトーリック面であり、ｘ方向の焦
点距離をｆｘ（ｍｍ）、ｙ方向の焦点距離をｆｙ（ｍ
ｍ）とした場合、以下の条件式を満足することを特徴と
する情報読み取り装置である。
【００１２】
０．３＜２・ｆｙ・ｔａｎ（θｙ／２）＜０．７
ｆｙ＞ｆｘ
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【発明の実施の形態】本発明は、光源と、各方向で異な
る屈折力を持つ異方屈折力単レンズとで構成される光源
装置であって、光源装置から発せられた光束のビーム径
の小さい方向をｘ方向、ｘ方向に直交しビーム径の大き
な方向をｙ方向として、異方屈折力単レンズは、ｘ方向
の焦点距離をｆｘ、ｙ方向の焦点距離をｆｙ、ｙ方向に
おける光源からの光束の放射強度の半値全角をθｙとし
たとき、以下の条件式を満足する構成を備えたものであ
る。 ０．３＜２・ｆｙ・ｔａｎ（θｙ／２）＜０．７ ｆｙ＞ｆｘ 条件式の下限を下回ると深度方向のｙ方向ビーム径の変
化が大きくなり、上限を上回るとビーム径変化を小さく
することはできるが全体にビーム径が大きくなる。本発
明によれば、深度方向のｙ方向ビーム径の変化が大き過
ぎたり、全体のビーム径が大きくなるなどの不具合を防
止できるといった作用を奏することができる。異方屈折
力単レンズを、光源からの発散光束をｙ方向には平行光
束あるいは発散光束、ｘ方向には収束光束に変換するよ
うに配置し、およびまたは所望のビーム強度分布を得る
ための絞りを配置する構成にすることにより、要求され
る深度範囲でｘ方向よりｙ方向がビーム径が大きい、所
望のビーム強度分布を得ることができる。また、異方屈
折力単レンズの面形状として、片面をｘ方向にのみ正の
屈折力を持つシリンドリカル面あるいはｙ方向にのみ負
の屈折力を持つシリンドリカル面、もう一方の面を軸対
称非球面とすることにより、比較的安価に要求されるビ
ーム径を満足した光源装置を実現できる。さらに、入射
面をシリンドリカル面、射出面を軸対称非球面とし射出
面に大きな屈折力をもたせることにより、軸外性能をよ
くすることができる。また、光源は、ｘ方向とｙ方向で
異なる放射角を有し、ｘ方向の放射強度の半値全角をθ
ｘ(deg)、ｙ方向の放射強度の半値全角をθｙ(deg)とし
たとき、θｙ ＜θｘの条件を満足することにより、光利
用効率を向上することができる。本発明は、互いに直交
するｘ、ｙ方向で異なる放射角を有する光源と、直交す
る各方向で異なる屈折力を持ち光源から光束が入射する
異方屈折力単レンズとで構成される光源装置であって、
前記光源が、ｘ方向の放射強度の半値全角をθｘ、ｙ方
向の放射強度の半値全角をθｙとした場合、θｙ＜θｘ
の条件式を満足し、前記異方屈折力単レンズが、入射面
がｙ方向に負の屈折力を持ち、ｘ方向に正の屈折力を持
つトーリック面であり、ｘ方向の焦点距離をｆｘ、ｙ方
向の焦点距離をｆｙとした場合、以下の条件式を満足す
る。 ０．３＜２・ｆｙ・ｔａｎ（θｙ／２）＜０．７ ｆｙ＞ｆｘ 本発明によれば、ｘ方向焦点距離ｆｘをｙ方向とは独立
に設計できるので、ビーム径を満足しながら、シリンド
リカル面と軸対称非球面とで構成されたレンズと比較し
て光利用効率を向上させることができる。異方屈折力単
レンズの面形状を、入射面がｙ方向に負の屈折力を持
ち、ｘ方向に正の屈折力を持つトーリック面、射出面が
ｙ方向に正の屈折力を持つトーリック面、あるいは軸対
称非球面とする構成であり、ｘ方向焦点距離ｆｘをｙ方
向とは独立に設計できるので、ビーム径を満足しなが
ら、シリンドリカル面と軸対称非球面とで構成されたレ
ンズと比較して光利用効率を向上させることができる。
また、半導体レーザを用いれば安価で小型な光源装置と
なる。本発明は、上記の光源装置と、光源装置からの光
束を走査するための走査手段とで光走査装置を構成す
る。本発明によれば、走査面上で直交方向に強度分布が
異なり、走査面の位置が深度方向で変化した場合でもビ
ーム径変化が小さくなる。本発明は、情報記録面に光束
を走査する光走査装置と、その反射光を検出する検出手
段とからなる情報読み取り装置であって、光走査装置
は、光源と、直交する各方向で異なる屈折力を持つ異方
屈折力単レンズとからなる光源装置と、光束を走査する
走査手段とで構成される。本発明によれば、例えばバー
コードなどの情報記録面の情報を読みとるために最適で
ある各方向に異なる強度分布の光束で走査することがで
きる。 また、光源装置に上記光源装置を使用することに
より、情報記録面の位置が深度方向に変化してもビーム
径変化が少ないので、誤差を少なく情報を読みとること
ができる。さらに、光源の波長が、可視域であると、不
用意に人の眼に入射することを防ぐことができる。 以
下、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体
的に説明する。
る屈折力を持つ異方屈折力単レンズとで構成される光源
装置であって、光源装置から発せられた光束のビーム径
の小さい方向をｘ方向、ｘ方向に直交しビーム径の大き
な方向をｙ方向として、異方屈折力単レンズは、ｘ方向
の焦点距離をｆｘ、ｙ方向の焦点距離をｆｙ、ｙ方向に
おける光源からの光束の放射強度の半値全角をθｙとし
たとき、以下の条件式を満足する構成を備えたものであ
る。 ０．３＜２・ｆｙ・ｔａｎ（θｙ／２）＜０．７ ｆｙ＞ｆｘ 条件式の下限を下回ると深度方向のｙ方向ビーム径の変
化が大きくなり、上限を上回るとビーム径変化を小さく
することはできるが全体にビーム径が大きくなる。本発
明によれば、深度方向のｙ方向ビーム径の変化が大き過
ぎたり、全体のビーム径が大きくなるなどの不具合を防
止できるといった作用を奏することができる。異方屈折
力単レンズを、光源からの発散光束をｙ方向には平行光
束あるいは発散光束、ｘ方向には収束光束に変換するよ
うに配置し、およびまたは所望のビーム強度分布を得る
ための絞りを配置する構成にすることにより、要求され
る深度範囲でｘ方向よりｙ方向がビーム径が大きい、所
望のビーム強度分布を得ることができる。また、異方屈
折力単レンズの面形状として、片面をｘ方向にのみ正の
屈折力を持つシリンドリカル面あるいはｙ方向にのみ負
の屈折力を持つシリンドリカル面、もう一方の面を軸対
称非球面とすることにより、比較的安価に要求されるビ
ーム径を満足した光源装置を実現できる。さらに、入射
面をシリンドリカル面、射出面を軸対称非球面とし射出
面に大きな屈折力をもたせることにより、軸外性能をよ
くすることができる。また、光源は、ｘ方向とｙ方向で
異なる放射角を有し、ｘ方向の放射強度の半値全角をθ
ｘ(deg)、ｙ方向の放射強度の半値全角をθｙ(deg)とし
たとき、θｙ ＜θｘの条件を満足することにより、光利
用効率を向上することができる。本発明は、互いに直交
するｘ、ｙ方向で異なる放射角を有する光源と、直交す
る各方向で異なる屈折力を持ち光源から光束が入射する
異方屈折力単レンズとで構成される光源装置であって、
前記光源が、ｘ方向の放射強度の半値全角をθｘ、ｙ方
向の放射強度の半値全角をθｙとした場合、θｙ＜θｘ
の条件式を満足し、前記異方屈折力単レンズが、入射面
がｙ方向に負の屈折力を持ち、ｘ方向に正の屈折力を持
つトーリック面であり、ｘ方向の焦点距離をｆｘ、ｙ方
向の焦点距離をｆｙとした場合、以下の条件式を満足す
る。 ０．３＜２・ｆｙ・ｔａｎ（θｙ／２）＜０．７ ｆｙ＞ｆｘ 本発明によれば、ｘ方向焦点距離ｆｘをｙ方向とは独立
に設計できるので、ビーム径を満足しながら、シリンド
リカル面と軸対称非球面とで構成されたレンズと比較し
て光利用効率を向上させることができる。異方屈折力単
レンズの面形状を、入射面がｙ方向に負の屈折力を持
ち、ｘ方向に正の屈折力を持つトーリック面、射出面が
ｙ方向に正の屈折力を持つトーリック面、あるいは軸対
称非球面とする構成であり、ｘ方向焦点距離ｆｘをｙ方
向とは独立に設計できるので、ビーム径を満足しなが
ら、シリンドリカル面と軸対称非球面とで構成されたレ
ンズと比較して光利用効率を向上させることができる。
また、半導体レーザを用いれば安価で小型な光源装置と
なる。本発明は、上記の光源装置と、光源装置からの光
束を走査するための走査手段とで光走査装置を構成す
る。本発明によれば、走査面上で直交方向に強度分布が
異なり、走査面の位置が深度方向で変化した場合でもビ
ーム径変化が小さくなる。本発明は、情報記録面に光束
を走査する光走査装置と、その反射光を検出する検出手
段とからなる情報読み取り装置であって、光走査装置
は、光源と、直交する各方向で異なる屈折力を持つ異方
屈折力単レンズとからなる光源装置と、光束を走査する
走査手段とで構成される。本発明によれば、例えばバー
コードなどの情報記録面の情報を読みとるために最適で
ある各方向に異なる強度分布の光束で走査することがで
きる。 また、光源装置に上記光源装置を使用することに
より、情報記録面の位置が深度方向に変化してもビーム
径変化が少ないので、誤差を少なく情報を読みとること
ができる。さらに、光源の波長が、可視域であると、不
用意に人の眼に入射することを防ぐことができる。 以
下、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体
的に説明する。
【００２７】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１に係る光源装置の構成図である。本実施の形態は、
深度方向に約１７０ｍｍの範囲で、ｘ方向のビーム径
（１／ｅ2強度）が０．４ｍｍ以下、ｙ方向のビーム径
が０．４ｍｍから１．２ｍｍを満足することを目標とし
た設計例である。
態１に係る光源装置の構成図である。本実施の形態は、
深度方向に約１７０ｍｍの範囲で、ｘ方向のビーム径
（１／ｅ2強度）が０．４ｍｍ以下、ｙ方向のビーム径
が０．４ｍｍから１．２ｍｍを満足することを目標とし
た設計例である。
【００２８】図１において、１は半導体レーザ、２は入
射面がｘ方向にのみ屈折力のあるシリンドリカル面で射
出面が軸対称非球面である異方屈折力単レンズ、３はｘ
方向のビーム径が要求性能を満足するように配置された
円形絞りである。半導体レーザ１は波長λ＝６７０ｎ
ｍ、非点隔差Ａｓ＝５μｍ、水平放射角θy（半値全
角）＝６〜８ｄｅｇ、垂直放射角θx（半値全角）＝２
５〜３５ｄｅｇであり、ｘ方向が放射角の大きい方向と
なるように配置している。
射面がｘ方向にのみ屈折力のあるシリンドリカル面で射
出面が軸対称非球面である異方屈折力単レンズ、３はｘ
方向のビーム径が要求性能を満足するように配置された
円形絞りである。半導体レーザ１は波長λ＝６７０ｎ
ｍ、非点隔差Ａｓ＝５μｍ、水平放射角θy（半値全
角）＝６〜８ｄｅｇ、垂直放射角θx（半値全角）＝２
５〜３５ｄｅｇであり、ｘ方向が放射角の大きい方向と
なるように配置している。
【００２９】次に、異方屈折力単レンズの具体的な数値
例と配置を表１から表３に示す。表中、ｆｘはｘ方向焦
点距離(mm)、ｆｙはｙ方向焦点距離(mm)、ＲＤｘ１は入
射面のｘ方向曲率半径(mm)、ＲＤｙ１は入射面のｙ方向
曲率半径(mm)、ＲＤ２は射出面の曲率半径(mm)、ＣＣは
射出面の円錐定数、ＴＨは中心肉厚(mm)、ＷＤは０．２
５mm厚、屈折率１．４９のカバーガラスを含む作動距
離、Ｄはレンズ射出面から絞りまでの距離(mm)、ＡＰｗ
は絞り径(mm)、λは設計波長(nm)、Ａｓは非点隔差(m
m)、ｎは硝材屈折率、Ｌは絞りから像面の距離(mm)の範
囲である。なお、軸対称非球面形状は、対称軸からの距
離ｐ(mm)における面の頂点からのサグ量を光束の進行方
向を正とするｚ(mm)として下式で示されるものである。
例と配置を表１から表３に示す。表中、ｆｘはｘ方向焦
点距離(mm)、ｆｙはｙ方向焦点距離(mm)、ＲＤｘ１は入
射面のｘ方向曲率半径(mm)、ＲＤｙ１は入射面のｙ方向
曲率半径(mm)、ＲＤ２は射出面の曲率半径(mm)、ＣＣは
射出面の円錐定数、ＴＨは中心肉厚(mm)、ＷＤは０．２
５mm厚、屈折率１．４９のカバーガラスを含む作動距
離、Ｄはレンズ射出面から絞りまでの距離(mm)、ＡＰｗ
は絞り径(mm)、λは設計波長(nm)、Ａｓは非点隔差(m
m)、ｎは硝材屈折率、Ｌは絞りから像面の距離(mm)の範
囲である。なお、軸対称非球面形状は、対称軸からの距
離ｐ(mm)における面の頂点からのサグ量を光束の進行方
向を正とするｚ(mm)として下式で示されるものである。
【数１】
（数値例１）
【表１】
【００３０】（数値例２）
【表２】
【００３１】（数値例３）
【表３】
【００３２】いずれの数値例においても、ｘ方向の射出
光束は収束光、ｙ方向の射出光束はわずかに発散光であ
る。
光束は収束光、ｙ方向の射出光束はわずかに発散光であ
る。
【００３３】次に、各方向のビーム径（１／ｅ2強度）
の深度方向変化を放射角のばらつきを含めてシミュレー
ションした結果を示す。なお、フレネル回折を考慮し、
レンズは無収差としてにシミュレーションを行った。
の深度方向変化を放射角のばらつきを含めてシミュレー
ションした結果を示す。なお、フレネル回折を考慮し、
レンズは無収差としてにシミュレーションを行った。
【００３４】図２（ａ）は数値例１のｘ方向ビーム径、
図２（ｂ）は数値例１のｙ方向ビーム径、図３（ａ）は
数値例２のｘ方向ビーム径、図３（ｂ）は数値例２のｙ
方向ビーム径、図４（ａ）は数値例３のｘ方向ビーム
径、図４（ｂ）は数値例３のｙ方向ビーム径である。絞
りを通過する光束の光利用効率は放射角のばらつきを考
慮すると、数値例１が２５〜４２％、数値例２が２３〜
４０％、数値例３が２０〜３５％である。なお、入射面
の形状はｘ方向に正の屈折力をもつシリンドリカル面と
したが、ｙ方向に負の屈折力をもつシリンドリカル面で
もよい。
図２（ｂ）は数値例１のｙ方向ビーム径、図３（ａ）は
数値例２のｘ方向ビーム径、図３（ｂ）は数値例２のｙ
方向ビーム径、図４（ａ）は数値例３のｘ方向ビーム
径、図４（ｂ）は数値例３のｙ方向ビーム径である。絞
りを通過する光束の光利用効率は放射角のばらつきを考
慮すると、数値例１が２５〜４２％、数値例２が２３〜
４０％、数値例３が２０〜３５％である。なお、入射面
の形状はｘ方向に正の屈折力をもつシリンドリカル面と
したが、ｙ方向に負の屈折力をもつシリンドリカル面で
もよい。
【００３５】このような実施の形態１によれば、半導体
レーザと異方屈折力単レンズとで光源装置を構成し、前
述した条件式を満足する異方屈折力単レンズが光源から
の発散光束をｙ方向には平行光束あるいは発散光束、ｘ
方向には収束光束に変換するように配置し、さらに所望
のビーム強度分布を得るための絞りを配置したので、深
度方向に約１７０ｍｍの範囲でｘ方向のビーム径（１／
ｅ2強度）が０．４ｍｍ以下、ｙ方向のビーム径が０．
４ｍｍから１．２ｍｍを満足することができる。
レーザと異方屈折力単レンズとで光源装置を構成し、前
述した条件式を満足する異方屈折力単レンズが光源から
の発散光束をｙ方向には平行光束あるいは発散光束、ｘ
方向には収束光束に変換するように配置し、さらに所望
のビーム強度分布を得るための絞りを配置したので、深
度方向に約１７０ｍｍの範囲でｘ方向のビーム径（１／
ｅ2強度）が０．４ｍｍ以下、ｙ方向のビーム径が０．
４ｍｍから１．２ｍｍを満足することができる。
【００３６】また、異方屈折力単レンズの面形状とし
て、入射面をｘ方向にのみ正の屈折力を持つシリンドリ
カル面あるいはｙ方向にのみ負の屈折力を持つシリンド
リカル面、射出面が軸対称非球面としたので、上記した
優れた性能を有する光源装置を比較的安価に製造でき
る。
て、入射面をｘ方向にのみ正の屈折力を持つシリンドリ
カル面あるいはｙ方向にのみ負の屈折力を持つシリンド
リカル面、射出面が軸対称非球面としたので、上記した
優れた性能を有する光源装置を比較的安価に製造でき
る。
【００３７】また、光源は半導体レーザであるので、ｘ
方向とｙ方向で異なる放射角を有し、ｘ方向の放射強度
の半値全角をθｘ(deg)、ｙ方向の放射強度の半値全角
をθｙ(deg)としたとき、θｙ＜θｘを満足しているの
で、光利用効率を向上することができる。
方向とｙ方向で異なる放射角を有し、ｘ方向の放射強度
の半値全角をθｘ(deg)、ｙ方向の放射強度の半値全角
をθｙ(deg)としたとき、θｙ＜θｘを満足しているの
で、光利用効率を向上することができる。
【００３８】（実施の形態２）図５は本発明の第２の実
施の形態に係る光源装置の構成図である。本実施の形態
は、深度方向に約１７０ｍｍの範囲でｘ方向のビーム径
（１／ｅ2強度）が０．４ｍｍ以下、ｙ方向のビーム径
が０．４ｍｍから１．２ｍｍを満足することを目標とし
た設計例である。図５において、１１は半導体レーザ、
１２は入射面がｘ方向に正、ｙ方向に負の屈折力のある
トーリック面、射出面がｘ方向に正、ｙ方向に正の屈折
力のあるトーリック面である異方屈折力単レンズ、１３
はｘ方向のビーム径が要求性能を満足するように配置さ
れた円形絞りである。半導体レーザ１１は波長λ＝６７
０ｎｍ、非点隔差Ａｓ＝５μｍ、水平放射角θy（半値
全角）＝６〜８ｄｅｇ、垂直放射角θx（半値全角）＝
２５〜３５ｄｅｇであり、ｘ方向が放射角の大きい方向
となるように配置している。次に、異方屈折力単レンズ
の具体数値例と配置を表４から表５に示す。表中、ｆｘ
はｘ方向焦点距離(mm)、ｆｙはｙ方向焦点距離(mm)、Ｒ
Ｄx１は入射面のｘ方向曲率半径(mm)、ＲＤｙ１は入射
面のｙ方向曲率半径(mm)、ＣＣ１は入射面ｘ方向曲率の
円錐定数、ＲＤｘ２は射出面のｘ方向曲率半径(mm)、Ｒ
Ｄｙ２は射出面のｙ方向曲率半径(mm)、ＣＣ２は射出面
ｙ方向の円錐定数、ＴＨは中心肉厚(mm)、ＷＤは０．２
５mm厚、屈折率１．４９のカバーガラスを含む作動距
離、Ｄはレンズ射出面から絞りまでの距離(mm)、ＡＰw
は絞り径(mm)、λは設計波長(nm)、Ａｓは非点隔差(m
m)、ｎは硝材屈折率、Ｌは絞りから像面の距離(mm)の範
囲である。なお、入射面のトーリック形状は、面の頂点
を原点とするｘ、ｙ座標における頂点からのサグ量を光
束の進行方向を正とするｚ(mm)として下式で示される鞍
型トーリック面である。
施の形態に係る光源装置の構成図である。本実施の形態
は、深度方向に約１７０ｍｍの範囲でｘ方向のビーム径
（１／ｅ2強度）が０．４ｍｍ以下、ｙ方向のビーム径
が０．４ｍｍから１．２ｍｍを満足することを目標とし
た設計例である。図５において、１１は半導体レーザ、
１２は入射面がｘ方向に正、ｙ方向に負の屈折力のある
トーリック面、射出面がｘ方向に正、ｙ方向に正の屈折
力のあるトーリック面である異方屈折力単レンズ、１３
はｘ方向のビーム径が要求性能を満足するように配置さ
れた円形絞りである。半導体レーザ１１は波長λ＝６７
０ｎｍ、非点隔差Ａｓ＝５μｍ、水平放射角θy（半値
全角）＝６〜８ｄｅｇ、垂直放射角θx（半値全角）＝
２５〜３５ｄｅｇであり、ｘ方向が放射角の大きい方向
となるように配置している。次に、異方屈折力単レンズ
の具体数値例と配置を表４から表５に示す。表中、ｆｘ
はｘ方向焦点距離(mm)、ｆｙはｙ方向焦点距離(mm)、Ｒ
Ｄx１は入射面のｘ方向曲率半径(mm)、ＲＤｙ１は入射
面のｙ方向曲率半径(mm)、ＣＣ１は入射面ｘ方向曲率の
円錐定数、ＲＤｘ２は射出面のｘ方向曲率半径(mm)、Ｒ
Ｄｙ２は射出面のｙ方向曲率半径(mm)、ＣＣ２は射出面
ｙ方向の円錐定数、ＴＨは中心肉厚(mm)、ＷＤは０．２
５mm厚、屈折率１．４９のカバーガラスを含む作動距
離、Ｄはレンズ射出面から絞りまでの距離(mm)、ＡＰw
は絞り径(mm)、λは設計波長(nm)、Ａｓは非点隔差(m
m)、ｎは硝材屈折率、Ｌは絞りから像面の距離(mm)の範
囲である。なお、入射面のトーリック形状は、面の頂点
を原点とするｘ、ｙ座標における頂点からのサグ量を光
束の進行方向を正とするｚ(mm)として下式で示される鞍
型トーリック面である。
【数２】
また、射出面のトーリック形状は同様に下式で示される
樽型トーリック面である。
樽型トーリック面である。
【数３】
（数値例４）
【表４】
【００３９】（数値例５）
【表５】
【００４０】いずれの数値例においても、ｘ方向の射出
光束は収束光、ｙ方向の射出光束はわずかに発散光であ
る。次に各方向のビーム径（１／ｅ2強度）の深度方向
変化を放射角のばらつきを含めてシミュレーションした
結果を示す。なお、フレネル回折を考慮し、レンズは無
収差としてシミュレーションを行った。図６は数値例４
のｘ方向ビーム径、ｙ方向ビーム径である。絞りを通過
する光束の光利用効率は放射角のばらつきを考慮する
と、数値例４が３１〜５０％、数値例５が３８〜６０％
である。実施の形態１と比較して光利用効率が高い。な
お、射出面の形状はトーリック面としたが、軸対称非球
面でも仕様によっては良い。
光束は収束光、ｙ方向の射出光束はわずかに発散光であ
る。次に各方向のビーム径（１／ｅ2強度）の深度方向
変化を放射角のばらつきを含めてシミュレーションした
結果を示す。なお、フレネル回折を考慮し、レンズは無
収差としてシミュレーションを行った。図６は数値例４
のｘ方向ビーム径、ｙ方向ビーム径である。絞りを通過
する光束の光利用効率は放射角のばらつきを考慮する
と、数値例４が３１〜５０％、数値例５が３８〜６０％
である。実施の形態１と比較して光利用効率が高い。な
お、射出面の形状はトーリック面としたが、軸対称非球
面でも仕様によっては良い。
【００４１】このような実施の形態２によれば、異方屈
折力単レンズの面形状を、入射面がｙ方向に負の屈折力
を持ち、ｘ方向に正の屈折力を持つトーリック面、射出
面がｙ方向に正の屈折力を持つトーリック面としたの
で、ｘ方向焦点距離ｆｘをｙ方向とは独立に設計できる
ので、ビーム径を満足しながら、シリンドリカル面と軸
対称非球面とで構成されたレンズと比較して、上述の数
値例の場合で光利用効率を１０〜３０％向上させること
ができる。
折力単レンズの面形状を、入射面がｙ方向に負の屈折力
を持ち、ｘ方向に正の屈折力を持つトーリック面、射出
面がｙ方向に正の屈折力を持つトーリック面としたの
で、ｘ方向焦点距離ｆｘをｙ方向とは独立に設計できる
ので、ビーム径を満足しながら、シリンドリカル面と軸
対称非球面とで構成されたレンズと比較して、上述の数
値例の場合で光利用効率を１０〜３０％向上させること
ができる。
【００４２】（実施の形態３）図７は本発明の実施の形
態３に係る光走査装置の構成図である。図７において、
２１は実施の形態１で示した光源装置、２２は光束をｘ
方向に走査するための走査ミラーである。走査面での強
度分布は深度方向に約１７０ｍｍの範囲でｘ方向のビー
ム径（１／ｅ2強度）が０．４ｍｍ以下、ｙ方向のビー
ム径が０．４ｍｍから１．２ｍｍを満足する光走査装置
となる。
態３に係る光走査装置の構成図である。図７において、
２１は実施の形態１で示した光源装置、２２は光束をｘ
方向に走査するための走査ミラーである。走査面での強
度分布は深度方向に約１７０ｍｍの範囲でｘ方向のビー
ム径（１／ｅ2強度）が０．４ｍｍ以下、ｙ方向のビー
ム径が０．４ｍｍから１．２ｍｍを満足する光走査装置
となる。
【００４３】このような実施の形態３によれば、光走査
装置に上記実施の形態１の光源装置を用いたことによ
り、走査面上で直交方向に強度分布が異なり、走査面の
位置が深度方向で変化した場合でもビーム径変化が小さ
くなる効果を奏する。
装置に上記実施の形態１の光源装置を用いたことによ
り、走査面上で直交方向に強度分布が異なり、走査面の
位置が深度方向で変化した場合でもビーム径変化が小さ
くなる効果を奏する。
【００４４】（実施の形態４）図８は本発明の実施の形
態４に係る情報読み取り装置の構成図である。図８にお
いて、３１は実施の形態３で示した光走査装置、３２は
記録されたバーコード、３３は集光光学系と光検出器で
構成される検出装置である。バーコードの長手方向とｙ
方向を一致させて光束をｘ方向に走査させ読みとると、
ｘ方向のビーム径（１／ｅ2強度）が０．４ｍｍ以下、
ｙ方向のビーム径が０．４ｍｍから１．２ｍｍを満足す
る範囲が広いので、容易に情報を読みとることができ
る。
態４に係る情報読み取り装置の構成図である。図８にお
いて、３１は実施の形態３で示した光走査装置、３２は
記録されたバーコード、３３は集光光学系と光検出器で
構成される検出装置である。バーコードの長手方向とｙ
方向を一致させて光束をｘ方向に走査させ読みとると、
ｘ方向のビーム径（１／ｅ2強度）が０．４ｍｍ以下、
ｙ方向のビーム径が０．４ｍｍから１．２ｍｍを満足す
る範囲が広いので、容易に情報を読みとることができ
る。
【００４５】このような実施の形態４によれば、例えば
バーコードなどの情報記録面の情報を読みとるために最
適である各方向に異なる強度分布の光束を走査すること
ができ、さらに情報記録面の位置が深度方向に変化して
もビーム径変化が少ないので、誤差を少なく情報を読み
とることができる。
バーコードなどの情報記録面の情報を読みとるために最
適である各方向に異なる強度分布の光束を走査すること
ができ、さらに情報記録面の位置が深度方向に変化して
もビーム径変化が少ないので、誤差を少なく情報を読み
とることができる。
【００４６】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、光
源からの光束を所望のビーム強度分布の光束として射出
し、直交方向で強度分布が異なる光束を生成し、深度方
向でビーム径変化を小さくすることで、小型化及びコス
トダウンを実現した上で、副走査方向に長い線で記録さ
れたバーコード等の読み取り情報を深度方向に広い範囲
において低ノイズで読みとることができ光源装置、光走
査装置及び情報読み取り装置を提供できる。
源からの光束を所望のビーム強度分布の光束として射出
し、直交方向で強度分布が異なる光束を生成し、深度方
向でビーム径変化を小さくすることで、小型化及びコス
トダウンを実現した上で、副走査方向に長い線で記録さ
れたバーコード等の読み取り情報を深度方向に広い範囲
において低ノイズで読みとることができ光源装置、光走
査装置及び情報読み取り装置を提供できる。
【図１】本発明の実施の形態１にかかる光源装置の構成
図。
図。
【図２】数値例１のビーム径変化を示すグラフ図。
【図３】数値例２のビーム径変化を示すグラフ図。
【図４】数値例３のビーム径変化を示すグラフ図。
【図５】本発明の実施の形態２にかかる光源装置の構成
図。
図。
【図６】数値例４のビーム径変化を示すグラフ図。
【図７】本発明の実施の形態３にかかる光走査装置の構
成図。
成図。
【図８】本発明の実施の形態４にかかる情報読み取り装
置の構成図。
置の構成図。
１ 半導体レーザ
２ 異方屈折力単レンズ
３、１３ 絞り
１１ 半導体レーザ
１２ 異方屈折力単レンズ
２１ 光源装置
２２ 走査ミラー
３１ 光走査装置
３２ バーコード
３３ 検出装置
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 吉岡 稔弘
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電
器産業株式会社内
(56)参考文献 特開 平６−27398（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−281585（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−107517（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−109317（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−254915（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02B 26/10
G06K 7/10
Claims (13)
- 【請求項１】 情報記録面に光束を走査する光走査装置
と、その反射光を検出する検出手段とを備えた情報読み
取り装置であって、前記光走査装置は、互いに直交する
ｘ、ｙ方向で異なる放射角を有する光源と、直交する各
方向で異なる屈折力を持ち光源から光束が入射する異方
屈折力単レンズと、前記異方屈折力単レンズからの光束
を走査する走査手段とで構成され、前記光源は、ｘ方向
の放射強度の半値全角をθｘ（°）、ｙ方向の放射強度
の半値全角をθｙ（°）とした場合、θｙ＜θｘの条件
式を満足し、前記異方屈折力単レンズは、前記光源から
の発散光束をｙ方向には平行光束又は発散光束、ｘ方向
には収束光束に変換し、ｘ方向の焦点距離をｆｘ（ｍ
ｍ）、ｙ方向の焦点距離をｆｙ（ｍｍ）としたとき、以
下の条件式を満足することを特徴とする情報読み取り装
置。 ０．３＜２・ｆｙ・ｔａｎ（θｙ／２）＜０．７ ｆｙ＞ｆｘ - 【請求項２】 所望のビーム強度分布を得るための絞り
を有することを特徴とする請求項１記載の情報読み取り
装置。 - 【請求項３】 異方屈折力単レンズは、すくなくとも一
面がｘ方向にのみ正の屈折力を持つシリンドリカル面で
あることを特徴とする請求項１または請求項２記載の情
報読み取り装置。 - 【請求項４】 異方屈折力単レンズは、入射面がｘ方向
にのみ正の屈折力を持つシリンドリカル面であることを
特徴とする請求項１または請求項２記載の情報読み取り
装置。 - 【請求項５】 異方屈折力単レンズは、すくなくとも一
面がｙ方向にのみ負の屈折力を持つシリンドリカル面で
あることを特徴とする請求項１または請求項２記載の情
報読み取り装置。 - 【請求項６】 異方屈折力単レンズは、入射面がｙ方向
にのみ負の屈折力を持つシリンドリカル面であることを
特徴とする請求項１または請求項２記載の情報読み取り
装置。 - 【請求項７】 異方屈折力単レンズは、すくなくとも一
面が軸対称非球面であることを特徴とする請求項１また
は請求項２記載の情報読み取り装置。 - 【請求項８】 異方屈折力単レンズは、射出面が軸対称
非球面であることを特徴とする請求項１または請求項２
に記載の情報読み取り装置。 - 【請求項９】 情報記録面に光束を走査する光走査装置
と、その反射光を検出する検出手段とを備えた情報読み
取り装置であって、前記光走査装置は、互いに直交する
ｘ、ｙ方向で異なる放射角を有する光源と、直交する各
方向で異なる屈折力を持ち光源から光束が入射する異方
屈折力単レンズと、前記異方屈折力単レンズからの光束
を走査する走査手段とで構成され、前記光源は、ｘ方向
の放射強度の半値全角をθｘ（°）、ｙ方向の放射強度
の半値全角をθｙ（°）とした場合、θｙ＜θｘの条件
式を満足し、前記異方屈折力単レンズは、入射面がｙ方
向に負の屈折力を持ち、ｘ方向に正の屈折力を持つトー
リック面であり、ｘ方向の焦点距離をｆｘ（ｍｍ）、ｙ
方向の焦点距離をｆｙ（ｍｍ）とした場合、以下の条件
式を満足することを特徴とする情報読み取り装置。 ０．３＜２・ｆｙ・ｔａｎ（θｙ／２）＜０．７ ｆｙ＞ｆｘ - 【請求項１０】 異方屈折力単レンズは、射出面がｙ方
向に正の屈折力を持つトーリック面又は軸対称非球面で
あることを特徴とする請求項９記載の情報読み取り装
置。 - 【請求項１１】 光源は、半導体レーザであることを特
徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の情
報読み取り装置。 - 【請求項１２】 情報記録面に記録された情報がバーコ
ードであることを特徴とする請求項１乃至請求項１０の
いずれかに記載の情報読み取り装置。 - 【請求項１３】 光源の波長は、可視域であることを特
徴とする請求項１２記載の情報読み取り装置。
Priority Applications (6)
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|---|---|---|---|
| JP17896497A JP3435311B2 (ja) | 1997-06-19 | 1997-06-19 | 情報読み取り装置 |
| DE69804055T DE69804055T2 (de) | 1997-06-19 | 1998-06-17 | Lichtquellenanordnung, optischer Abtaster und diese verwendendes Datenlesegerät |
| TW087109649A TW535006B (en) | 1997-06-19 | 1998-06-17 | Light source equipment, optical scanner and data reading apparatus using the same |
| EP98111164A EP0886162B1 (en) | 1997-06-19 | 1998-06-17 | Light source equipment, optical scanner and data reading apparatus using the same |
| US09/099,103 US6052236A (en) | 1997-06-19 | 1998-06-18 | Light source equipment optical scanner and data reading apparatus using the same |
| CNB981149936A CN1163775C (zh) | 1997-06-19 | 1998-06-19 | 光源设备、光学扫描器以及利用它们的数据读取装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17896497A JP3435311B2 (ja) | 1997-06-19 | 1997-06-19 | 情報読み取り装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1114922A JPH1114922A (ja) | 1999-01-22 |
| JP3435311B2 true JP3435311B2 (ja) | 2003-08-11 |
Family
ID=16057752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17896497A Expired - Fee Related JP3435311B2 (ja) | 1997-06-19 | 1997-06-19 | 情報読み取り装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6052236A (ja) |
| EP (1) | EP0886162B1 (ja) |
| JP (1) | JP3435311B2 (ja) |
| CN (1) | CN1163775C (ja) |
| DE (1) | DE69804055T2 (ja) |
| TW (1) | TW535006B (ja) |
Families Citing this family (31)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6195315B1 (en) * | 1997-07-11 | 2001-02-27 | Ricoh Company, Ltd. | Optical disk apparatus compatible with different types of mediums |
| US20010050892A1 (en) * | 1997-07-11 | 2001-12-13 | Yoshitaka Takahashi | Optical disk apparatus compatible with different types of mediums |
| JP3393066B2 (ja) * | 1998-06-26 | 2003-04-07 | ペンタックス株式会社 | 走査光学系の線状結像レンズ |
| WO2001026036A2 (en) * | 1999-10-04 | 2001-04-12 | Welch Allyn Data Collection, Inc. | Imaging module for optical reader |
| US7270274B2 (en) * | 1999-10-04 | 2007-09-18 | Hand Held Products, Inc. | Imaging module comprising support post for optical reader |
| US6478452B1 (en) * | 2000-01-19 | 2002-11-12 | Coherent, Inc. | Diode-laser line-illuminating system |
| US6494371B1 (en) * | 2000-03-09 | 2002-12-17 | Coherent, Inc. | Diode-laser light projector for illuminating a linear array of light modulators |
| DE10036787A1 (de) * | 2000-07-28 | 2002-02-07 | Lissotschenko Vitalij | Anordnung und Vorrichtung zur optischen Strahltransformation |
| JP2002123960A (ja) * | 2000-10-13 | 2002-04-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光ヘッドおよび光ディスク装置 |
| US20020120932A1 (en) * | 2001-02-28 | 2002-08-29 | Schwalb Eddie M. | Omni menu for an audio/visual network |
| US7055747B2 (en) * | 2002-06-11 | 2006-06-06 | Hand Held Products, Inc. | Long range optical reader |
| JP2004004152A (ja) * | 2002-03-29 | 2004-01-08 | Fuji Photo Optical Co Ltd | 一次元集光光学系および光量分布補正照明光学系、ならびに露光ヘッド |
| US7219843B2 (en) * | 2002-06-04 | 2007-05-22 | Hand Held Products, Inc. | Optical reader having a plurality of imaging modules |
| US8596542B2 (en) | 2002-06-04 | 2013-12-03 | Hand Held Products, Inc. | Apparatus operative for capture of image data |
| US7090132B2 (en) * | 2002-06-11 | 2006-08-15 | Hand Held Products, Inc. | Long range optical reader |
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