JPH06265802A - ビーム整形レンズモジュール構造およびレーザユニット - Google Patents

ビーム整形レンズモジュール構造およびレーザユニット

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JPH06265802A
JPH06265802A JP4907193A JP4907193A JPH06265802A JP H06265802 A JPH06265802 A JP H06265802A JP 4907193 A JP4907193 A JP 4907193A JP 4907193 A JP4907193 A JP 4907193A JP H06265802 A JPH06265802 A JP H06265802A
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laser
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 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し、容
易にアパーチャのビーム整形孔寸法を調整できることを
目的とする。 【構成】 半導体レーザを用いたビーム整形レンズモジ
ュールの整形用のレンズ群の後に配置するアパーチャ径
寸法を調整する構造であって、前記アパーチャ14に穿設
した該ビーム整形孔14aの中心を通る一方向の直径方向
に回転中心となる回動用金具15を固定し、コンデンサー
レンズから出光するレーザビーム5およびプリズムと直
交する線を回転中心として当該アパーチャ14を回転させ
ることにより、前記ビーム整形孔14aを通過する該レー
ザビーム5の前記プリズム配置方向と同一方向の直径寸
法を可変できるように構成する。

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
およびレーザユニットに関する。
【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】図1の原理図(a) に示す
ようにLD素子2を用いたビーム整形レンズモジュール
の整形用のレンズ群3の後に配置するアパーチャ径寸法
を調整する構造であって、図1(b) に示すように前記レ
ンズ群3の後に配置されたアパーチャ14の該ビーム整形
孔14a中心を通る一方向の直径方向を回転中心軸15と
し、図1(a) のコンデンサーレンズ3-3 から出光するレ
ーザビーム5およびプリズム3-2 と直交する線を回転中
心として当該アパーチャ14を回転させることにより、前
記ビーム整形孔14aを通過する該レーザビーム5の前記
プリズム配置方向と同一方向の直径寸法を可変できるよ
うに構成する。
【0012】
【作用】本発明では、コンデンサーレンズ3-3 から出光
するレーザビーム5およびプリズム3-2 と直交する線を
回転中心として、図1(b) に示すようにビーム整形孔14
aの中心を通る一方向の直径方向に固定して、回転中心
軸15によりアパーチャ14を軸支して回転できるように構
成されているので、当該ビーム整形孔14aを通過して集
束したレーザビーム5の断面を確認しつつ該アパーチャ
14を調整回転することにより、ビーム整形孔14aの通過
したレーザビーム5の断面短径寸法D’はアパーチャ14
の回転角θに対して、 D’=Dcosθ−2Ttanθ D:アパーチャ14に穿設されたビーム整形孔14aの直径 T:アパーチャ14の板厚 と小さくなって、ビーム整形孔14aを通過したレーザビ
ーム5の短径方向の寸法を小さくすることができるか
ら、当該レーザビーム5の長径方向の輪郭を整形できる
直径のビーム整形孔14aを穿設したアパーチャ14の回転
角θを調整することにより、ビーム整形孔14aを通過す
るレーザビーム5の光束断面の輪郭部が整形され、所定
の位置に輪郭が整然としたビームの集束を形成すること
が可能となる。
【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、

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体レーザを用いたビーム整形レン
    ズモジュールの整形用レンズ群の後に配置するアパーチ
    ャ径寸法を調整する構造であって、 平板状のアパーチャ(14)に穿設したビーム整形孔(14a)
    の中心を通る一方向に回転軸を設け、レンズ群(3) を通
    過して集束するレーザビーム(5) の長径方向の線を回転
    中心として当該アパーチャ(14)を回転させることによ
    り、前記ビーム整形孔(14a) を通過する該レーザビーム
    (5) の短径方向の寸法を可変できるように構成したこと
    を特徴とするビーム整形レンズモジュール構造。
  2. 【請求項2】 上記アパーチャ(24)の両端を機械的
    に押すことで湾曲させ、レーザビーム(5) の通過するビ
    ーム整形孔(24a) のコンデンサーレンズ(3-3) 配置方向
    と同一方向の直径寸法を可変できるように構成したこと
    を特徴とする請求項1記載のビーム整形レンズモジュー
    ル構造。
  3. 【請求項3】 二枚のアパーチャ(34)の組み合わせ構
    造とし、当該アパーチャ(34)を互いに反対方向へ移動す
    ることで、前記レーザビーム(5) の通過するビーム整形
    孔(34a) のコンデンサーレンズ(3-3) 配置方向と同一方
    向の直径寸法を可変できるように構成したことを特徴と
    する請求項1記載のビーム整形レンズモジュール構造。
  4. 【請求項4】 上記請求項1,2,3記載のビーム整
    形レンズモジュール構造を使用したことを特徴とするレ
    ーザユニット。
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