JPH0689358A - 合焦・発光モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 発光及び合焦モジュールのサイズ及び重量を
減少させる。 【構成】 小型モジュールが、発散光ビームを出射し、
その合焦を行う。合焦モジュールは、レーザダイオード
のような小サイズの発光素子、及び、レンズホルダに固
定されたマイクロ光学部品から構成される。マイクロ光
学部品の外径は、４ｍｍ以下であるが、２．５ｍｍ以下
が望ましい。マイクロ光学部品は、小型の一般的なレン
ズでも、屈折率分布レンズでも、あるいは、数タイプあ
る回折光学部品の１つでもかまわない。発光素子からの
光に対するモジュールの焦点距離は、レンズホルダをそ
の光学軸に沿ってスライドさせ、合焦の後、発光素子に
対する適正位置に永久接着することによって、固定され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発光素子と合焦用光学
素子を組み合わせたモジュールに関するものである。こ
うしたモジュールは、例えば、バーコードのような符号
化された情報を光学的に読み取るためのスキャナ等に利
用することが可能である。

【０００２】

【従来の技術】レーザダイオード及び合焦モジュールに
は、通常、レーザダイオード、レーザダイオードからの
光を合焦するための少なくとも１つのレンズ素子、及
び、レーザダイオードから所望の距離にレンズ素子を固
定し、ダイオードからの光がモジュールの前方に所定の
距離のポイントで焦点を結ぶようにする手段が含まれて
いる。例えば、Ｋｒｉｃｈｅｖｅｒ他による米国特許第
４，９２３，２８１号には、モジュールから出射される
光の焦点調整を、レーザダイオードとレンズアセンブリ
の間に配置されたバイアスバネの力に逆らって、発光及
び合焦モジュールの２つの保持部材を伸縮させることに
よって行う焦点調整が開示されている。保持部材の一方
は、レーザダイオードに取り付けられ、もう一方の保持
部材は、レーザダイオードからの光の焦点合わせのた
め、レンズアセンブリを保持している。第２の保持部材
は、また、レンズを通る光のために楕円形の開口絞りを
形成している。一連のノッチ及びキー部材によって、円
筒形ホルダ間における軸方向の回転が阻止される。 レ
ーザダイオード及び合焦モジュールは、各種発光装置に
利用することが可能である。例えば、こうしたモジュー
ルを光学ポインタに利用すれば、講師が、講義中に、強
調しようとする特定の特徴を指摘するため、焦点を合わ
せた可視光のビームスポットをスクリーンまたはディス
プレイ上に生じさせることが可能である。こうしたモジ
ュールの応用例では、モジュールが大きくなれば、その
結果得られる装置も、それだけ、大きく、かつ重くな
る。装置のサイズが大きくなり、重量が増せば、特に、
使用期間が長引いた場合、使用が厄介で、煩わしいもの
になる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】レーザダイオード及び
合焦モジュールの望ましい用途は、現在、バーコード記
号のような符号化された情報を光学的に読み取るための
装置の発光素子としてのものである。さらに、先行技術
のモジュール構成に関連した問題を明確にするため、バ
ーコード読み取り装置に関連して、問題点の詳細な説明
を行う。

【０００４】バーコード読み取り装置は、非常に一般的
になっている。これは、バーコード読み取りタイプのデ
ータ入力システムが改善され、広範囲にわたるさまざま
な用途に関して、データ入力の効率と精度が向上したた
めである。こうしたシステムにおけるデータ入力の簡便
さによって、より頻繁で、詳細なデータ入力が容易にな
り、例えば、作業進行中の在庫追跡管理を効果的に行う
ことができる。ただし、これらの利点を得るためには、
ユーザまたは従業員が、進んで、首尾一貫してバーコー
ド読み取り装置を用いることが必要である。したがっ
て、読み取り装置は、操作が容易かつ便利でなければな
らず、また、長時間使用しても疲れあるいは不快感がほ
とんどないか、または、全くないことが必要になる。

【０００５】バーコード記号を復号化し、適合するメッ
セージを抽出するために、バーコード読み取り装置は、
記号を走査し、走査した記号を表すアナログ電気信号を
生成する。さまざまな走査装置が知られている。スキャ
ナは、発光素子及び検出器がワンドにしっかりと取り付
けられたワンドタイプの読み取り装置とすることが可能
であるが、この場合、ユーザは、手動で記号を横切るよ
うにワンド型読み取り装置を移動させる。また、光学ス
キャナは、記号を横切るレーザビームのような光ビーム
を走査し、検出器が、記号から反射する光を検知する。
いずれの場合も、検出器が、記号を横切って走査される
スポットからの反射光を検知し、それによって、符号化
された情報を表すアナログ走査信号を生成する。

【０００６】ワンドタイプの読み取り装置及び大部分の
スキャナの場合、光源すなわち発光素子が、光ビームを
発生し、該光ビームは、作用距離において所定のサイズ
のビームスポットを形成するように光学的修正を施した
上で、作用距離の近くに位置するバーコード記号に向け
られ、記号からの反射光が得られる。発光素子としてレ
ーザを利用した読み取り装置の場合、発光及び光学合焦
コンポーネントは、全て、上述のタイプの単一レーザ及
び合焦モジュールから成る素子とすることが可能であ
る。

【０００７】ワンド型読み取り装置は、手で保持され、
操作される。バーコードスキャナに特有の多くの用途で
は、光学スキャナは、ユニットを手で保持する、また
は、手に取り付ける装置の形態をなすように構成され、
ユーザが、スキャナを対象に向けて、トリガを操作し、
バーコードを横切るビームの走査を作動させる。こうし
た手で保持する読み取り装置の場合、発光素子、光学合
焦素子、及び、発光及び光学合焦モジュールのハウジン
グは、全体の重量及び体積のかなりの割合を占めること
になる。発光及び合焦モジュールが大きく、重い場合に
は、手動操作式バーコード読み取り装置も、やはり、大
きく、重くなる。したがって、読み取り装置は、操作が
面倒であり、長期間にわたって用いると、オペレータを
疲労させることになる。使用時における困難な操作、疲
労、及び、不快感は、すべて、オペレータに、実際に、
バーコードデータ入力システムの読み取り装置を利用し
ようとする気をなくさせることになる。いやいやなが
ら、読み取り装置の使用を続けるのは、バーコードデー
タ入力の目的と利点をくじくものである。

【０００８】本発明者による米国特許出願第０７／１９
３，２６５号には、ミラーレスの光学スキャナが、開示
され、米国特許出願第０７／６９９，４１７号には、多
様な異なるハウジング構造におけるスキャナの利用を容
易にする、モジュール式スキャナコンポーネントシステ
ムに対するこうしたスキャナの組み込みが開示されてい
る。開示のスキャナ構成のいくつかでは、オペレータの
腕または手に取り付けるようになっている。本発明者に
よる、米国特許出願第０７／７８７，４５８号には、ユ
ーザが指に装着できるようにするための、リングに取り
付けられたハウジングに用いられるスキャナモジュール
が開示されている。これら３つの米国出願のそれぞれに
おける開示については、参考までに、そっくりそのまま
本明細書に組み込んでいる。手、腕、または、指へのス
キャナの装着を実用的なものにするには、こうしたスキ
ャナに用いられる発光及び光学素子モジュールは、極小
でなければならない。一般的な直径＝９．０ｍｍのモジ
ュールパッケージでは、こうしたスキャナに用いるには
大きすぎる。

【０００９】さらに、多くの光学スキャナでは、レーザ
ビームは、走査ミラーによって発光及び合焦モジュール
の近くで反射される。モジュール構造が、反射ビームの
光路を遮ったり、あるいは、妨げたりしないようにする
には、反射ビームの光路から幾分下方に距離をおいたポ
イントにモジュールを配置することになる。モジュール
が大きくなれば、反射ビームの光路から下方への距離も
増すことになる。反射ビームの光路から下方への距離が
増すと、レーザ発光素子による光と走査ミラーとの間の
入射角が大きくなる。しかし、入射角が大きくなると、
その結果生じる情報表面を横切る走査線に、曲率の歪み
をもたらすことになる。こうした歪みは、切り取られた
バーコード記号または２次元記号の読み取りを複雑にし
たり、あるいは、妨げたりすることになる。

【００１０】一般に、既存のレーザをベースにしたバー
コード読み取り装置は、直径＝９．０ｍｍの従来のモジ
ュールパッケージにレーザダイオードを使用している。
しかし、こうしたモジュールに用いられるダイオードが
大きくなると、小さいレーザダイオードに比べて、それ
だけ費用がかさむことになる。従って、バーコード読み
取り装置及び光ビームの出射を必要とする他の装置に用
いられるための発光及び合焦モジュールは、そのサイ
ズ、重量、及び、コストを、さらに、減少させる必要が
ある。

【００１１】本発明の目的は、発光及び合焦モジュール
のサイズ及び重量を減少させる合焦・発光モジュールを
提供することにある。本発明のもう１つの目的は、合焦
時に、発光及び合焦モジュールのマイクロレンズと小型
レーザダイオードが、互いに対して回転するのを阻止可
能な合焦・発光モジュールを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の合焦・発光モジュールは、レーザダイオー
ドと、前記レーザダイオードから出射される光を合焦す
るためのマイクロ光学素子と、前記マイクロ光学素子を
取り付けるための取付手段とを具備し、前記取付手段
は、初めに前記レーザダイオードに対して位置を調整す
るためにマイクロ光学素子を軸方向に動かすが、一度適
切に焦点が合うと固定され、前記マイクロ光学素子を最
適位置に永久に取り付けることに特徴がある。

【００１３】前記合焦・発光モジュールにおいて、前記
マイクロ光学素子は外径が４ｍｍ以下のレンズであり、
また前記マイクロ光学素子は屈折率分布レンズや回折レ
ンズであることに特徴がある。ここで、前記回折レンズ
はフレネルレンズ、バイナリ光学レンズ、マルチレベル
バイナリ光学レンズである。さらに、前記合焦・発光モ
ジュールにおいて、前記取付手段はレンズホルダーから
なり、前記レンズホルダーは前記レーザダイオードに最
も近接した後面に形成された開口絞りと、その前面部分
に前記マイクロ光学素子を保持するためのくぼみとを有
することに特徴がある。ここで、前記開口絞りは円形、
卵形、方形、フットボール形の中から選択された形状を
有する。

【００１４】前記合焦・発光モジュールにおいて、前記
取付手段はさらに前記レンズホルダーの前面部分のくぼ
み内で前記マイクロ光学素子を保持するためのスナップ
リングを有していることに特徴がある。前記合焦・発光
モジュールにおいて、前記レンズホルダーの後面は前記
レーザダイオードの前面部分の形に一致するようにくぼ
みがつけられており、取付手段はさらに前記レンズホル
ダーを前記レーザダイオードに接続するためのベローズ
を有することに特徴がある。ここで、前記ベローズはス
テンレス鋼からなる。

【００１５】前記合焦・発光モジュールにおいて、前記
取付手段はさらに前記レンズホルダーを前記レーザダイ
オードに接続するための熱伝導性の弾性ゴムリングから
なることに特徴がある。

【００１６】

【作用】一般的な実施例において、本発明は、レーザダ
イオードのような光源から出射された発散光ビームの合
焦を行う小型モジュールである。重量及びサイズの減少
を達成するため、本発明では、特に小さいレーザダイオ
ードとマイクロ光学素子を利用する。

【００１７】この開示に関して、用語「マイクロ光学素
子」及び「マイクロ光学部品」は、４ｍｍ以下、できれ
ば、２．５ｍｍ以下のホログラフィ光学部品及びバイナ
リ光学部品のような小型の一般的なレンズ、屈折率分布
レンズ、及び、回折光学部材を包含するものである。し
たがって、マイクロ光学部品は、直径の小さい一般的な
レンズ、または、屈折率分布レンズ、すなわち、レンズ
の面に沿った異なるポイントにおいて屈折率が異なるよ
うに、ある材料から形成されたフラットなプレート構造
とすることが可能である。また、マイクロ光学部品は、
フレネルレンズ、バイナリ光学レンズ、または、マルチ
レベルバイナリ光学レンズとすることも可能であり、こ
れらは、いずれも、リソグラフ処理によって形成するこ
とができる。

【００１８】製造業者は、レーザダイオードに対し、レ
ンズホルダをその中心軸に沿ってスライドさせることに
よって、レーザダイオードからの光の合焦を調整可能に
する。合焦時、ホルダ間及びモジュールベース間におけ
る軸方向の回転を、一連のノッチ及びキー部品によって
防いでいる。適正な合焦が済むと、レンズホルダは、レ
ーザダイオードに対する適正な位置に永久固定される。
一般に、レンズの直径は、４ｍｍ以下、例えば２．５ｍ
ｍであるが、将来の望ましい実施例では、さらに小さい
直径のレンズを用いることになるであろう。 実施例の
１つでは、合焦モジュールには、小サイズのレーザダイ
オード、ダイオードホルダ、バネ、及び、レンズホルダ
に納まったマイクロレンズが含まれる。また、レンズホ
ルダの背面が、ダイオードの円筒形前面セクションと一
致するようにすることもできるし、ダイオードホルダと
バネの代わりに、ベローズまたは弾性及び熱伝導ゴムリ
ングを用いることも可能である。

【００１９】スナップリングによって、レンズは、レン
ズホルダの前面に形成されたシートまたは凹所内に保持
される。スナップリングは、合焦の後でも、取り外し
て、ホルダ内におけるレンズ位置に再調整を施すことが
でき、また、レンズを取り除くことも可能である。代替
案として、レンズホルダのレンズシートの前部に、マイ
クロ光学レンズのエッジ上において変形したリップを設
けて、ホルダ内の所定位置にレンズを永久装着すること
も可能である。

【００２０】レンズホルダの背面には、レーザ光がレン
ズに入る前に通る、小さな開口部も設けられている。こ
の小さな開口部は、モジュールの開口絞りとして機能す
る。この構成の結果として、開口絞りは、先行技術であ
るＫｒｉｃｈｅｖｅｒ他の特許におけるように、レンズ
の前方ではなく、レンズの後方に位置することになる。
開口絞りは、いくつかの異なる幾何学形状を有すること
が可能である。開口絞りは、円形であってもかまわない
し、あるいは、矩形のスリットで構成することも可能で
ある。また、開口絞りは、楕円形、あるいはフットボー
ルの形状にすることも可能である。所望の開口絞り形状
及びサイズを備えたモジュールを作り出すために必要な
ことは、ただ、モジュールのアセンブル前に、所望の開
口絞りを備えたレンズホルダを選択することだけであ
る。開口絞りが矩形、楕円形、または、フットボール形
状の場合、開口絞りの長軸すなわち「主軸」と、出射さ
れるレーザ光ビームの楕円形の断面における長軸とのア
ライメントがとれる。

【００２１】小型発光及び合焦モジュールは、さらに、
いくつかの利点を示す。例えば、小型モジュールは、固
体レーザスキャナに現在用いられている一般的構造に比
べると、相対的に開口絞りが大きくなる。典型的な光学
スキャナの場合、レーザビームは、走査ミラーによっ
て、発光及び合焦モジュールの近くで反射する。本発明
によって発光及び合焦モジュールのサイズが縮小される
ことによって、モジュール構造による反射ビームに対す
る妨害を伴うことなく、モジュールを走査ミラーの光学
軸により接近させて配置することが可能になる。この配
置によって、レーザビームとミラーとの入射角が小さく
なる。曲率歪みが小さくなるため、この発明における合
焦モジュールを切り取られたバーコードの読み取りや２
次元記号の読み取りに適用することが可能になる。

【００２２】発光及びマイクロ光学合焦モジュールは、
構造が極めて単純であり、超小型のスキャナ装置には最
適の可能性がある。発光及び合焦モジュールのサイズ及
び重量の減少は、上述のリングスキャナまたはワンド型
読み取り装置にレーザダイオード合焦モジュールを実用
化するための必要条件である。また、レンズホルダの一
部として、開口絞りを設けることによって、走査用途に
応じて最適な開口絞りのサイズ及び形状を選択すること
が可能になる。

【００２３】さらに留意しておくべきは、レーザダイオ
ードは、コンパクトパッケージ（直径５．６ｍｍ以下）
に納められるため、現在、一般的なバーコード読み取り
装置に使用されている従来パッケージ（直径＝９．０ｍ
ｍ）に納めたレーザダイオードに比べて、通常安価であ
る。したがって、合焦を施したレーザビームを利用する
さまざまな装置に小型の合焦モジュールを適用すること
によって、価格性能比で明らかな利点がある。

【００２４】主として、ワンドタイプまたはスキャナタ
イプのバーコード読み取り装置に用いることを意図した
ものであるが、マイクロ光学合焦モジュールには、他の
用途もある。例えば、該装置を光学ポインタに利用すれ
ば、講師が、講義中に、強調しようとする特定の特徴を
指摘するため、焦点を合わせた可視光のビームスポット
をスクリーンまたはディスプレイ上に生じさせることも
可能である。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面により詳細
に説明する。図１（Ｂ）の断面図で示すように、第１の
実施例の小型合焦モジュールには、市販の、例えば、ソ
ニーＳＬＤ１１０１ＶＳ及び東芝ＴＯＬＤ９２１１Ｍと
いった小型サイズのレーザダイオード１が含まれてい
る。第１の実施例の小型合焦モジュールは、小型サイズ
のレーザダイオード１のベース１０に取り付けられる。
この実施例の場合、レーザダイオード１のベース１０
は、通常は黄銅で形成されるレンズホルダ１１内に固定
される。レーザホルダ１１の黄銅は、レーザダイオード
１が発生する熱を放熱させるヒートシンクの働きをす
る。

【００２６】スナップリング１７は、レンズホルダ１３
の前面に形成されたレンズシートにマイクロ光学部品１
２を保持する。一般に、レンズホルダは、黄銅であり、
スナップリング１７は、ステンレス鋼である。スナップ
リングは、合焦の後でも、取り外して、ホルダ内におけ
るレンズ位置に再調整を施すことができ、また、レンズ
を取り除くことも可能である。後述のように、マイクロ
光学部品は、比較的ありふれた形状の屈折率分布レン
ズ、または、さまざまなタイプの回折光学部品の１つで
ある。

【００２７】レンズホルダ１３の背面には、レーザダイ
オード１からの光がマイクロ光学部品１２に入る前に通
る、小さな開口部１４も設けられている。この小さな開
口部１４は、モジュールの開口絞りとして機能する。図
１（Ｂ）に示すように、開口絞り１４は、マイクロ光学
部品１２の後方に位置している。バネ１５は、レーザダ
イオード１の円筒形前端部５を包囲しており、レーザダ
イオード１のベース１０とレンズホルダ１３の背面の間
に配置されている。バネ１５によって、レーザダイオー
ドのベース１０とレンズホルダ１３の間に分離力が働
き、レンズホルダ１３は、レーザダイオード１に対して
前方に押しやられる。

【００２８】レンズホルダ１３の外径は、レーザホルダ
１１の前端部の内径よりもわずかに小さい。従って、２
つのホルダは、互いに入れ子式に動くので、モジュール
の長さの調整が可能である。レーザダイオードホルダ１
１に対してレンズホルダ１３がスライドする、すなわ
ち、入れ子式に移動することによって、レーザダイオー
ド１に対するマイクロ光学部品の位置が変化し、その結
果、モジュールの合焦特性が調整される。レンズホルダ
１３が、合焦時に、レーザダイオード１のベース１０に
向かって、後方へスライドすると、バネ１５が圧縮され
る。

【００２９】ノッチまたはキー溝１０ａは、レーザダイ
オード１のベース１０に形成される。レーザダイオード
１のベースに位置するノッチまたはキー溝１０ａは、図
１（Ａ）に示すように、アースリード９、及び、レーザ
ダイオードの楕円形発光パターンの長軸とアライメント
がとれている。ノッチまたはキー溝１１ａは、レーザダ
イオードホルダ１１に形成され、ダイオードのベース１
０のノッチ１０ａとアライメントがとれている（図１
（Ａ）及び図１（Ｂ））。ノッチまたはキー溝１３ａ
は、図１（Ｃ）に示すように、レンズホルダ１３の前面
にも形成されている。実際の合焦時には、合焦モジュー
ルアセンブリが、各ノッチまたはキー溝にかみ合うキー
またはチャック部品を備えるジグに保持される。機械的
なかみ合いによって、コンポーネントのスライド時にお
ける、相互回転が阻止される。

【００３０】所望の焦点が合うと、すぐ、にかわまたは
エポキシといった接着剤を用いて、あるいは、ステーキ
ング、スポット溶接、超音波溶接等によって固定するこ
とによって、２つのホルダが、互いに対して、永久固定
される。レーザダイオード１は、また、１つ以上のスロ
ット１９がベース１０に形成されている。スロット１９
は、それぞれ、ベース１０とレーザダイオードホルダ１
１の包囲する部分の間に、小さな通路を形成している。
接着剤を利用して、ホルダ１１及び１３の位置関係を固
定する場合、レーザダイオード１のベース１０における
環状スロット１９を通じて、接着剤が注入される。ま
た、合焦時に、環状スロット１９をノッチまたはキー溝
１０ａと係合させて、レーザダイオードがそれ以上回転
しないようにすることも可能である。

【００３１】図２（Ａ）〜２（Ｅ）には、図１（Ａ）〜
１（Ｃ）の実施例、及び、後述する図３及び図４の実施
例において、合焦部品として用いられるマイクロ光学レ
ンズ部品のさまざまな例が示されている。図２（Ａ）に
は、４ｍｍ以下の一般的な小型レンズ、すなわち、「マ
イクロレンズ」が示されている。マイクロレンズ１２ａ
は、フラットな背面と、凸状の前面を備えている。マイ
クロレンズ１２ａの材料の屈折率ｎは、レンズ全体にわ
たって一定であるが、その形状のため、該レンズは、そ
れを通る光の合焦を行う。テスト時に用いた市販のレン
ズの一例では、外径が２．５ｍｍであるが、できる限
り、小さいレンズが望ましい。

【００３２】しかし、従来の小型レンズには、欠点があ
る。こうした各レンズは、正確な形状になるまで研削
し、研磨しなければならない。この処理のために、この
タイプの小型レンズは高価になるし、実際問題として、
外径が２．５ｍｍをかなり下回るレンズの形成は困難で
ある。このため、製造するモジュールが小さくなるにし
たがって、後述のように、それに代わるマイクロ光学部
品の利用が必要になる。

【００３３】第１の代替例の場合、マイクロ光学部品１
２は、屈折率分布レンズ、すなわち、レンズの面に沿っ
た異なるポイントにおける屈折率が異なるように、ある
材料から形成されたフラットなプレートから構成され
る。図２（Ｂ）に示す屈折率分布レンズ１２ｂは、屈折
率に修正を施して、レンズの面に沿った異なるポイント
における屈折率が異なるようにするため、適合する不純
物がドープされている。本発明の目的に合わせて、不純
物の濃度は、レンズ１２ｂの面全体に分散されているの
で、屈折率は、図２（Ｂ）の想像図１２ｂ´で示すよう
に、従来のレンズ１２とほぼ同じ光学特性を生じるよう
に変動する。

【００３４】本発明は、他のいくつかのタイプのマイク
ロ光学部品を利用することも可能であり、例えば、数タ
イプある回折部品のうち任意の１つに、本発明の各実施
例において、マイクロ光学部品１２の働きをさせること
も可能である。図２（Ｃ）には、フレネルレンズ１２ｃ
が示され、図２（Ｄ）には、バイナリ光学レンズ１２ｄ
が示され、図２（Ｅ）には、マルチレベルバイナリ光学
レンズ１２ｅが示されている。レンズ１２ｃ、１２ｄ、
及び、１２ｅは、該レンズを通る光の回折によって、マ
イクロレンズ１２ａとほぼ同様に、光の焦点が合うよう
な形状になっている。

【００３５】屈折率分布レンズの形成に用いられる不純
物ドーピング、及び、回折フレネル、バイナリ、及び、
マルチレベルバイナリタイプのレンズの製造に用いられ
るフォトリソグラフィは半導体デバイスの製造のために
開発された製造技法とほぼ同じである。結果として、こ
れらのタイプの代替マイクロ光学部品は、それぞれ、極
めて低いコストで大量生産することが可能である。ま
た、直径が従来のレンズに比べてかなり小さいマイクロ
光学部品を製造することも可能である。１９９１年６月
の、Ｌａｓｅｒ Ｆｏｃｕｓ Ｗｏｒｌｄ ｐｐ９３−
９９におけるＹｖｏｎｎｅ Ａ．Ｃａｒｔｓによる「Ｍ
ｉｃｒｏ−ｏｐｔｉｃｓ ｈａｓ Ｍａｃｒｏ Ｐｏｔ
ｅｎｔｉａｌ」には、マイクロ光学レンズ部品における
技術的現状の詳細な説明が行われている。

【００３６】図３には、図１に示す小型合焦モジュール
の単純化した構造が示されている。図３のモジュールの
場合、図１のレンズホルダ及びバネの代わりに、単一コ
ンポーネントである、ベローズ２５が用いられている。
レンズホルダ１３´の背面には、レーザダイオード１の
前部円筒形セクション５に一致するが、その外径よりわ
ずかに大きい円筒形のくぼみが設けられている。この円
筒形のくぼみは、合焦時に、レンズホルダ１３に対し
て、レーザダイオードをガイドする。また、開口部２６
ａ及び２６ｃが、レンズホルダ１３´の壁を通ってい
る。

【００３７】第２の実施例の合焦時、レーザダイオード
のベース及びレンズホルダにおけるキーが、やはり、か
み合って、回転を阻止する。レンズホルダ１３´は、レ
ーザダイオード１に対して、必要な合焦が実現するよう
に配置される。ステンレス鋼で形成されたベローズ２５
は、所望のモジュール合焦が実現するまで、必要に応じ
て、ダイオードのベース１０とレンズホルダ１３´の間
で伸縮する。焦点が合うと、開口部２６ａ及び２６ｃを
通じて、にかわを注入して、レーザダイオード１とレン
ズホルダ１３´の相対位置が永久に固定され、この結
果、アセンブリの焦点距離が固定される。

【００３８】図４には、図３に示すベローズの代わり
に、弾性の熱伝導性ゴムリング３５が用いられている点
を除いて、図３と同様の構造が示されている。この実施
例の合焦は、図２と同様であるが、弾性の熱伝導性ゴム
リング３５が、レーザダイオード１に対して、必要な合
焦が実現する位置につくまで、必要に応じて伸縮する。
図５は、異なる構造を利用して、マイクロ光学部品１２
をレンズシートに保持する、本発明のレンズホルダの別
の実施例に関する詳細な断面図である。前述の実施例に
用いられていたスナップリングの代わりに、レンズホル
ダ１３´´におけるシートの前縁のリップ部分１８が、
レンズのエッジの上で変形し、レンズを保持するように
なっている。リップ１８は、従って、レンズホルダ１３
´´の前部のシートにレンズを固定する働きをする。
図５に示すように、開口絞り１４は、マイクロ光学部品
１２の後方にある。いくつかの異なるレンズホルダによ
って、図６（Ａ）〜６（Ｄ）に示すように、いくつかの
異なる幾何学形状を備えた開口絞りが得られるように構
成することが可能である。図６（Ａ）には、円形開口絞
り１４ａを備えたレンズホルダが示されている。また、
レンズホルダは、矩形のスリット１４ｂから構成するこ
とも可能である。さらに、開口絞りは、図６（Ｃ）に１
４ｃで示すように、楕円形でもかまわないし、あるい
は、図６（Ｄ）に１４ｄで示すように、フットボールの
形状にすることも可能である。選択された開口絞り形状
に関して、開口絞りの寸法を変更することも可能であ
る。開口絞りのサイズ及び形状によって、モジュールが
出射する光の量が制限される。従って、特定の用途に対
する合焦モジュールの設計は、モジュールの焦点距離を
調整する前に、サイズと形状の両方または一方が異なる
開口絞りを備えるレンズホルダに置き換えることによっ
て、比較的単純な問題になる。

【００３９】図３〜図５には、レンズ１２がマイクロ光
学部品として示されているが、従来のレンズの代わり
に、図２（Ｂ）〜図２（Ｅ）に示す代替部品１２ｂ〜１
２ｅのそれぞれを用いることも可能である。現在用いら
れているレーザダイオードは、本来は、小型で、可搬式
のコンパクトディスクプレーヤ用に開発された、ソニー
ＳＬＤ１１０１ＶＳである。このダイオードのベース１
０は、直径が５．６ｍｍであり、円筒形の前端セクショ
ン５は、最大直径が３．７ｍｍである。しかし、さらに
小さいレーザダイオードが望ましい。

【００４０】図１及び図３〜図５に示す実施例の場合、
マイクロ光学部品は、一般に直径が４ｍｍという、微小
サイズの通常レンズである。本発明のプロトタイプのテ
ストに用いられた市販のレンズの１つは、ガラスＬａＳ
ＦＮ８５０３２２から形成されたＥｄｍｕｎｄ Ｒ４
３，３９９である。このレンズは、直径が２．５ｍｍ
で、平面の背面と、曲率半径が２．１２ｍｍの凸状前面
を有している。ビームの波長が６７０ｎｍのレーザダイ
オードを利用すると、レンズのガラスの屈折率が１．８
４１４で、レンズの焦点距離は、２．５２ｍｍである。
レンズ内の主点は、平面の背面から０．４３５ｍｍ前方
である。

【００４１】２００ｍｍ（±１００ｍｍ）の作業範囲が
得られるようにモジュールを調整するには、レーザハウ
ジング内における、レーザダイオードチップからの距離
は、２．５６ｍｍが望ましい。ハウジング内におけるチ
ップの位置は、製造業者の仕様書から分かっているの
で、マイクロ光学合焦モジュールにとって最適の調整及
びその結果生じる寸法を求めることが可能である。直径
２．５ｍｍのレンズの場合、レンズホルダの外径は、
５．０ｍｍとすることができる。例示のレーザダイオー
ド及び利用可能なマイクロレンズを利用すると、図１の
実施例の場合、レーザダイオードのベース１０の背面か
らレンズホルダ１３の前面までの全長が６．５ｍｍのモ
ジュールが得られる。図３及び図４の実施例の場合、レ
ーザダイオードのベース１０の背面からレンズホルダ１
３´の前面までの全長が６．０ｍｍのモジュールが得ら
れる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
発光及び合焦モジュールのサイズ及び重量を減少させる
ことができる。また、発光及び合焦モジュールのマイク
ロレンズ及び小型レーザダイオードが、合焦時に互いに
対して回転するのを阻止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第１の実施例の小
型合焦モジュールに関する構造を示す図である。

【図２】（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の異なる実施例にお
いて合焦素子として用いることの可能な、５つの異なる
マイクロ光学レンズの断面図である。

【図３】本発明の第２の実施例の小型合焦モジュールに
関する構造の断面図である。

【図４】本発明の第３の実施例の小型合焦モジュールに
関する構造の断面図である。

【図５】代替レンズ保持構造を利用したレンズホルダの
断面図である。

【図６】（Ａ）〜（Ｄ）は、図５のラインＡ−Ａに沿っ
て描かれた、レンズホルダに設置可能なさまざまな開口
絞りの形状の断面図である。

【符号の説明】

１：レーザダイオード １０：ベース １０ａ：ノッチあるいはキー溝 １１：レーザホルダ １１ａ：ノッチあるいはキー溝 １２：マイクロ光学部品 １２ａ：通常レンズ １２ｂ：屈折率分布レンズ １２ｃ：フレネルレンズ １２ｄ：バイナリ光学レンズ １２ｅ：マルチレベルバイナリ光学レンズ １３：レンズホルダ １４：開口絞り １４ａ：円形開口絞り １４ｂ：矩形スリット １４ｃ：卵形開口絞り １４ｄ：フットボール開口絞り １５：バネ １７：スナップリング １９：スロット ２５：ベローズ ３５：弾性ゴムリング

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザダイオードと、 前記レーザダイオードから出射される光を合焦するため
   のマイクロ光学素子と、 前記マイクロ光学素子を取り付けるための取付手段とを
   具備し、 前記取付手段は、初めに前記レーザダイオードに対して
   位置を調整するためにマイクロ光学素子を軸方向に動か
   すが、 一度適切に焦点が合うと固定され、前記マイクロ光学素
   子を最適位置に永久に取り付けることを特徴とする合焦
   ・発光モジュール。
2. 【請求項２】 請求項１記載の合焦・発光モジュールに
   おいて、 前記マイクロ光学素子は外径が４ｍｍ以下のレンズであ
   ることを特徴とする合焦・発光モジュール。
3. 【請求項３】 請求項１記載の合焦・発光モジュールに
   おいて、 前記マイクロ光学素子は屈折率分布レンズであることを
   特徴とする合焦・発光モジュール。
4. 【請求項４】 請求項１記載の合焦・発光モジュールに
   おいて、 前記マイクロ光学素子は回折レンズであることを特徴と
   する合焦・発光モジュール。
5. 【請求項５】 請求項４記載の合焦・発光モジュールに
   おいて、 前記回折レンズはフレネルレンズであることを特徴とす
   る合焦・発光モジュール。
6. 【請求項６】 請求項４記載の合焦・発光モジュールに
   おいて、 前記回折レンズはバイナリ光学レンズであることを特徴
   とする合焦・発光モジュール。
7. 【請求項７】 請求項４記載の合焦・発光モジュールに
   おいて、 前記回折レンズはマルチレベルバイナリ光学レンズであ
   ることを特徴とする合焦・発光モジュール。
8. 【請求項８】 請求項１記載の合焦・発光モジュールに
   おいて、 前記取付手段はレンズホルダーからなり、前記レンズホ
   ルダーは前記レーザダイオードに最も近接した後面に形
   成された開口絞りと、その前面部分に前記マイクロ光学
   素子を保持するためのくぼみとを有することを特徴とす
   る合焦・発光モジュール。
9. 【請求項９】 請求項８記載の合焦・発光モジュールに
   おいて、 前記開口絞りは円形、卵形、方形、フットボール形の中
   から選択された形状を有することを特徴とする合焦・発
   光モジュール。
10. 【請求項１０】 請求項８記載の合焦・発光モジュール
    において、 前記取付手段はさらに前記レンズホルダーの前面部分の
    くぼみ内で前記マイクロ光学素子を保持するためのスナ
    ップリングを有していることを特徴とする合焦・発光モ
    ジュール。
11. 【請求項１１】 請求項８記載の合焦・発光モジュール
    において、 前記レンズホルダーの後面は前記レーザダイオードの前
    面部分の形に一致するようにくぼみがつけられているこ
    とを特徴とする合焦・発光モジュール。
12. 【請求項１２】 請求項８記載の合焦・発光モジュール
    において、 取付手段はさらに前記レンズホルダーを前記レーザダイ
    オードに接続するためのベローズを有することを特徴と
    する合焦・発光モジュール。
13. 【請求項１３】 請求項１２記載の合焦・発光モジュー
    ルにおいて、 前記ベローズはステンレス鋼からなることを特徴とする
    合焦・発光モジュール。
14. 【請求項１４】 請求項８記載の合焦・発光モジュール
    において、 前記取付手段はさらに前記レンズホルダーを前記レーザ
    ダイオードに接続するための熱伝導性の弾性ゴムリング
    からなることを特徴とする合焦・発光モジュール。
15. 【請求項１５】 請求項８記載の合焦・発光モジュール
    において、 前記取付手段はさらにレーザダイオードホルダーからな
    り、前記レンズホルダーと前記レーザーダイオードホル
    ダーは互いに軸方向にスライドするように構成され、前
    記レーザダイオードに対する前記マイクロ光学素子の位
    置を調整し、一度適切に焦点が合うと固定され、前記マ
    イクロ光学素子を最適位置に永久に取り付けることを特
    徴とする合焦・発光モジュール。
16. 【請求項１６】 請求項１５記載の合焦・発光モジュー
    ルにおいて、 前記取付手段はさらにレンズホルダーとレーザダイオー
    ドホルダー間のバネからなることを特徴とする合焦・発
    光モジュール。
17. 【請求項１７】 請求項１５記載の合焦・発光モジュー
    ルにおいて、 前記レーザダイオードと取付手段は位置調整の間互いに
    回転することを防ぐため、それぞれ少なくとも１つ以上
    のノッチを有することを特徴とする合焦・発光モジュー
    ル。
18. 【請求項１８】 符号化情報の光学的読み取り装置に使
    用するための発光モジュールにおいて、 発光素子と、 この発光素子からの光を合焦するための外径４ｍｍ以下
    のマイクロ光学素子と、 前記発光素子からの光の焦点調整のためにマイクロ光学
    素子が光軸に沿って相対的に動くことができるように前
    記発光素子から発光された光の光軸に沿ってマイクロ光
    学素子を取り付けるための取付手段と、 前記発光素子からの光を焦点調整した後、所定位置に前
    記取付手段を固定する固定手段とを有することを特徴と
    する発光モジュール。
19. 【請求項１９】 請求項１８記載の発光モジュールにお
    いて、 前記発光素子はレーザダイオードであることを特徴とす
    る発光モジュール。
20. 【請求項２０】 請求項１８記載の発光モジュールにお
    いて、 前記レーザダイオードは最大外径が５．６ｍｍ以下であ
    ることを特徴とする発光モジュール。
21. 【請求項２１】 請求項１８記載の発光モジュールにお
    いて、 前記マイクロー光学素子は外径が２．５ｍｍ以下である
    ことを特徴とする発光モジュール。
22. 【請求項２２】 レーザダイオードと、 このレーザダイオードから発光される光を合焦するマイ
    クロ光学素子と、 このマイクロ光学素子が前記レーザダイオードからのレ
    ーザ光をモジュールから予め決められた距離の点で合焦
    するように、前記レーザダイオードから発光された光の
    光軸に沿ってマイクロ光学素子を取り付ける取付手段と
    を具備したことを特徴とするモジュール。
23. 【請求項２３】 請求項２２記載のモジュールにおい
    て、 前記マイクロ光学素子は外径が４ｍｍ以下であることを
    特徴とするモジュール。
24. 【請求項２４】 請求項２３記載のモジュールにおい
    て、 前記レーザダイオードは最大外径が５．６ｍｍ以下であ
    ることを特徴とするモジュール。
25. 【請求項２５】 請求項２２記載のモジュールにおい
    て、 前記マイクロ光学素子は外径が２．５ｍｍ以下であるこ
    とを特徴とするモジュール。