JPH09305692A - Optical element for laser beam generation and bar code reader using the same - Google Patents

Optical element for laser beam generation and bar code reader using the same

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JPH09305692A
JPH09305692A JP8125158A JP12515896A JPH09305692A JP H09305692 A JPH09305692 A JP H09305692A JP 8125158 A JP8125158 A JP 8125158A JP 12515896 A JP12515896 A JP 12515896A JP H09305692 A JPH09305692 A JP H09305692A
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optical element
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To read the bar code with minimum line width over wide range by expressing a curved line, which expresses the ridge line of a cross section including an optical axis while being rotationally symmetrical to the optical axis, as a non-linear function which can not be differentiated on the optical axis, increasing the inclination at the part of the ridge line closer to the optical axis and providing an optical element having a little inclination of the ridge line away from the optical axis. SOLUTION: The curved line of ridge lines D' and D" of the cross section cut by a plane including an optical axis 4 while being rotationally symmetrical to the optical axis 4 uses an optical element 3 for laser beam generation in the form expressed by the non-linear function which can not be differentiated on the optical axis 4. The light to be made incident to this optical element 3 for laser beam generation is divided to the optical axis 3, two light flux C' and C" emitted from the element 3 is mutually interferred and light intensity is gradually attenuated. Therefore, this element 3 generates the long focus laser beam similar to a Bessel beam. Besides, the inclination of ridge lines D' and D" of the element 3 closer to the optical axis 4 is increased but the inclination away from the optical axis 4 is decreased and a condensed light spot diameter is reduced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、集光スポット径が
比較的小さく、同じ集光スポット径のレーザビームとし
て一般的なガウスビームに比べて焦点深度が深いレーザ
ビーム(以下長焦点レーザビームと称する)を発生する
ことができるレーザビーム発生用光学素子及びこのレー
ザビーム発生用光学素子を用いたバーコード読み取り装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser beam having a relatively small focused spot diameter and a deeper focal depth than a general Gaussian beam as a laser beam having the same focused spot diameter (hereinafter referred to as a long-focus laser beam). The present invention relates to a laser beam generating optical element capable of generating a laser beam and a bar code reading apparatus using the laser beam generating optical element.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、レーザビームを用いる光学系で
は、光軸に対し垂直な面内における動径方向の強度分布
がガウス分布になる、いわゆるガウスビームが用いられ
てきた。ガウスビームを通常の集光光学系を用いて集光
すると、集光スポット径ωが最小になる位置からビーム
径がK倍になる位置までの距離△は下記(1)式で表さ
れる。
2. Description of the Related Art Conventionally, in an optical system using a laser beam, a so-called Gaussian beam has been used, which has a Gaussian intensity distribution in the radial direction in a plane perpendicular to the optical axis. When a Gaussian beam is focused using a normal focusing optical system, the distance Δ from the position where the focused spot diameter ω is the minimum to the position where the beam diameter is K times is expressed by the following equation (1).

【0003】 △=±(π/λ)・ω0 2√(K2−1) …(1) 但し、ω0:集光スポット径が最小となるときのピーク
強度の1/e2になる位置でのビームの半径 λ:波長 上記(1)式より、距離△はKにほぼ比例することが分
かる。
Δ = ± (π / λ) ω 0 2 √ (K 2 -1) (1) where ω 0 : 1 / e 2 of the peak intensity when the focused spot diameter is the minimum Radius of Beam at Position λ: Wavelength From the above formula (1), it is understood that the distance Δ is almost proportional to K.

【0004】ここで、バーコード読み取り装置で読み取
ることが可能な最小線幅のバーコードは、バーコードの
ある位置におけるレーザビーム(ガウスビーム)のスポ
ット径ωより広くなければならない。また、バーコード
を読み取れる範囲は上記(1)式の△に比例する。この
ような制約のため、バーコード読み取り装置で読み取る
ことが可能なバーコードの最小線幅と読み取り深度は自
由に設定することができない。
Here, the bar code having the minimum line width that can be read by the bar code reader must be wider than the spot diameter ω of the laser beam (Gaussian beam) at a certain position of the bar code. The range in which the bar code can be read is proportional to Δ in the equation (1). Due to such restrictions, the minimum line width and reading depth of the barcode that can be read by the barcode reading device cannot be freely set.

【0005】ガウスビーム集光光学系を用いたバーコー
ド読み取り装置の一従来例として、「松下インターテク
ノ株式会社」より販売されている商品名MS‐710の
バーコード読み取り装置(以下では単にMS−710と
称する)が知られている。
As a conventional example of a bar code reader using a Gaussian beam condensing optical system, a bar code reader under the trade name MS-710 sold by "Matsushita Intertechno Co., Ltd." (hereinafter simply referred to as MS- 710) is known.

【0006】図8はバーコード読み取り装置における読
み取り可能なバーコードの最小線幅〔mm〕と読み取り
深度〔mm〕との関係を両対数グラフで表しており、こ
の内、プロット■を結ぶ直線はMS−710の場合を示
し、プロット◇を結ぶ直線は後述のベッセルビームを用
いたバーコード読み取り装置の場合を示し、またプロッ
ト+はバーコード読み取り装置の要求仕様値を示してい
る。
FIG. 8 shows the relationship between the minimum line width [mm] and the reading depth [mm] of a bar code that can be read by a bar code reading device in a logarithmic log graph. The case of MS-710 is shown, the straight line connecting the plots shows the case of a bar code reader using a Bessel beam described later, and the plot + shows the required specification value of the bar code reader.

【0007】図8に示すように、MS−710では、読
み取り可能なバーコードの最小線幅と読み取り深度との
関係は傾き1の直線で近似できることが分かる。これ
は、上記(1)式で示される距離△がスポット径の倍率
Kの1乗にほぼ比例していることを反映している。
As shown in FIG. 8, in MS-710, it can be seen that the relationship between the minimum line width of a readable barcode and the reading depth can be approximated by a straight line with a slope of 1. This reflects that the distance Δ shown in the above equation (1) is almost proportional to the first power of the magnification K of the spot diameter.

【0008】ところで、実際にバーコードの貼付される
商品では、表面に凹凸があったり、バーコード読み取り
装置に対して奥行き方向に傾いて置かれる場合があり、
このような場合には、読み取り深度が不足するため、バ
ーコードの読み取りができないことがしばしば生じる。
[0008] By the way, in a product to which a barcode is actually attached, there are cases where the surface is uneven and the product is placed at an angle in the depth direction with respect to the barcode reading device.
In such a case, it is often the case that the barcode cannot be read because the reading depth is insufficient.

【0009】また、ピッチの狭いバーコードを読み取る
装置でピッチの粗いバーコードを読み取る場合には、ピ
ッチの狭いバーコードを読み取る場合に比べて、より遠
くで読み取る必要のあるところ、ガウスビームは焦点深
度が浅く、読み取り深度が十分でないため、商品に近づ
いて読み取らねばならず、不便である。
Further, when a bar code with a narrow pitch is read by a device for reading a bar code with a narrow pitch, it is necessary to read at a distance farther than when a bar code with a narrow pitch is read. Since the depth is shallow and the reading depth is not sufficient, it is inconvenient because it must be read close to the product.

【0010】また、手の届かない所にある場合は、読み
取りが不可能であるため、別にピッチの粗いバーコード
のみを読み取れる読み取り深度の深いバーコード読み取
り装置を用意する必要があった。このため、設備コスト
がアップしたり、手狭なスペースに設置できないという
問題があった。
Further, if it is out of reach, it is impossible to read it. Therefore, it was necessary to separately prepare a bar code reading device having a deep reading depth which can read only a bar code having a coarse pitch. Therefore, there are problems that the equipment cost is increased and the equipment cannot be installed in a narrow space.

【0011】このような問題を解決するため、複数の焦
点距離を持つ光学系を複合したものを用い、通常のガウ
スビームを用いた光学系でもバーコードの最小線幅に応
じた焦点深度の光学系となるようにした装置もある。
In order to solve such a problem, a combination of optical systems having a plurality of focal lengths is used, and even an optical system using a normal Gaussian beam has an optical depth of focus corresponding to the minimum line width of a bar code. There is also a device designed to be a system.

【0012】しかし、この場合も全ての最小線幅のバー
コードに対し十分な焦点深度を持つ光学系とするには至
っていない。また、光学系の構成が極めて複雑になり、
装置が高価になって実用的ではない。
However, even in this case, an optical system having a sufficient depth of focus for all bar codes having the minimum line width has not yet been obtained. Also, the configuration of the optical system becomes extremely complicated,
The device becomes expensive and impractical.

【0013】更に、ガウスビームの場合、最小スポット
径になる位置の両側に対称にビームが広がるため、読み
取り範囲も最小スポット径になる位置の両側に対称に設
定する方が広くできる。しかしながら、最も最小線幅の
細いバーコードは、バーコード全体の大きさが小さいた
め、近くで読む方が自然である。このため、最小スポッ
ト径になる位置のほぼ片側しか利用することができな
い。
Further, in the case of a Gaussian beam, since the beam spreads symmetrically on both sides of the position where the minimum spot diameter is obtained, the reading range can be set wider symmetrically on both sides of the position where the minimum spot diameter is obtained. However, a barcode with the smallest minimum line width is smaller in size as a whole, so it is more natural to read it closer. Therefore, only one side of the position where the minimum spot diameter is obtained can be used.

【0014】これらの問題を解決するため、焦点深度が
非常に大きく、かつスポット径が比較的小さいレーザビ
ームとして、光軸に対し垂直な動径方向の電界分布が、
第1種0次ベッセル関数状であるベッセルビーム〈非回
折性ビーム)が考案されている。なお、ベッセルビーム
の詳細については、以下の文献等に詳しく記述されてい
る。
In order to solve these problems, as a laser beam having a very large depth of focus and a relatively small spot diameter, the electric field distribution in the radial direction perpendicular to the optical axis is
A Bessel beam (non-diffractive beam) having a 0-th order Bessel function of the first kind has been devised. The details of the Bessel beam are described in the following documents and the like.

【0015】(1)J.Durnin:Vol.4,N
o.4/April 1987/J.Opt.Soc.
Am.A,p651〜p654 (2)上原 喜代治:応用物理 第59巻 第6号(1
990),p746〜p750 図11は、基本的なベッセルビーム発生光学系の一従来
例を示す。この光学系では、光学素子として半導体レー
ザ素子とアキシコンプリズムのみが用いられる。この光
学系は、光軸に対し回転対称であるので、以後の説明で
は光軸を含む断面内を代表して説明する。
(1) J. Durnin: Vol. 4, N
o. 4 / April 1987 / J. Opt. Soc.
Am. A, p651-p654 (2) Uehara Kiyoji: Applied Physics Vol. 59, No. 6 (1
990), p746 to p750 FIG. 11 shows a conventional example of a basic Bessel beam generating optical system. In this optical system, only a semiconductor laser element and an axicon prism are used as optical elements. Since this optical system is rotationally symmetric with respect to the optical axis, in the following description, the section including the optical axis will be described as a representative.

【0016】図11において、半導体レーザ素子11か
ら出射された球面波のレーザ光Aは、コリメートレンズ
12により平面波に変換された後、円錐レンズであるア
キシコン13に入射する。アキシコン13は、光軸14
を含む面内で切った断面でみると、屈折する面を表す関
数、即ち稜線は傾きの符号の異なる2つの直線であり、
光軸上においてつながっており、連続ではあるが微分不
可能な関数となっている。形状で表現すると連続点が尖
った形の光学素子となっている。
In FIG. 11, the spherical laser light A emitted from the semiconductor laser device 11 is converted into a plane wave by the collimator lens 12, and then enters the axicon 13 which is a conical lens. The axicon 13 has an optical axis 14
When viewed in a cross section cut in a plane including, a function representing a refracting surface, that is, a ridge is two straight lines with different signs of inclination,
They are connected on the optical axis and are continuous, but non-differentiable functions. When expressed as a shape, the optical element has a shape in which continuous points are sharp.

【0017】光軸14で区画される半平面における、光
を屈折する効果を有する面の稜線B’,B”で屈折され
た後の光の進行方向は光軸14からの高さによらず一定
である。従って、屈折後の光は平面波であり、光軸14
で区画される2つの半平面でそれぞれ進行方向が異なる
ことになる。
The traveling direction of light after being refracted at the ridgelines B ', B "of the surface having the effect of refracting light on the half plane defined by the optical axis 14 does not depend on the height from the optical axis 14. Therefore, the light after refraction is a plane wave and the optical axis 14
The two half planes partitioned by means different traveling directions.

【0018】即ち、この断面内において、アキシコン1
3を出射したレーザビームは図11に示すように、光軸
14で区画される半平面内では稜線B’により屈折さ
れ、光軸14に対し角度θで交差する方向に進む平面波
A’となる。同様に、光軸14で区画される反対側の半
平面内では稜線B”により屈折され、光軸に対しやはり
角度θで交差する方向に進む平面波A”となる。但し、
進行方向は光軸14に対しA’と軸対称の方向である。
That is, within this cross section, the axicon 1
As shown in FIG. 11, the laser beam emitted from No. 3 is refracted by the ridgeline B ′ in the half plane defined by the optical axis 14 and becomes a plane wave A ′ traveling in a direction intersecting the optical axis 14 at an angle θ. . Similarly, in the opposite half plane divided by the optical axis 14, it is refracted by the ridgeline B ″ and becomes a plane wave A ″ that travels in the direction intersecting with the optical axis at the angle θ as well. However,
The traveling direction is a direction that is axisymmetric to A ′ with respect to the optical axis 14.

【0019】ホログラムを用いることによっても上記ア
キシコン13と等価な光学素子を作製することができ
る。即ち、例えば図12(a)に示すように、フレネル
レンズと同様に、屈折面の厚さを光路差が波長λの1/
2になる毎に基準面に戻せば良い。この場合、断面が鋸
歯状の厚みを持ったホログラムとなるが、より単純なも
のとしてフレネルの帯板のように光路差が波長λの1/
2になる半径を周期として図12(b)のように厚さを
変えるか、図12(c)のように透過率を反転する等、
光学的な特性を変化させれば良い。図12(b)、
(c)の場合、ホログラムは同心円の集まりになること
は明らかである。
An optical element equivalent to the axicon 13 can also be manufactured by using a hologram. That is, for example, as shown in FIG. 12A, as in the Fresnel lens, the thickness of the refracting surface is set so that the optical path difference is 1 / wavelength λ.
Every time it becomes 2, it should be returned to the reference plane. In this case, the hologram has a sawtooth-shaped cross section, but as a simpler hologram, the optical path difference is 1 / wavelength λ, as in a Fresnel strip.
With the radius of 2 as the period, the thickness is changed as shown in FIG. 12 (b), or the transmittance is inverted as shown in FIG. 12 (c).
It suffices to change the optical characteristics. FIG. 12 (b),
In the case of (c), it is clear that the hologram will be a collection of concentric circles.

【0020】図13は図12(a)、(b)、(c)の
各ホログラムを光軸14方向からみた形状を表してい
る。図より明かなように、等間隔の同心円になってい
る。
FIG. 13 shows the shape of each of the holograms shown in FIGS. 12 (a), 12 (b) and 12 (c) as seen from the direction of the optical axis 14. As is clear from the figure, they are concentric circles with equal intervals.

【0021】説明を簡単にするために、上記従来例では
コリメートレンズ12を用い、平行光がアキシコン13
に入射するようにしているが、ホログラムを用いると、
このコリメートレンズ12の機能を兼ねさせることがで
きる。即ち、球面波をベッセルビームに直接変換するこ
とも可能となる。この場合、ホログラムはフレネルレン
ズと類似の、周期の変化する同心円となる。
In order to simplify the explanation, the collimating lens 12 is used in the above conventional example, and the collimated light is converted into the axicon 13.
Although it is incident on the
The function of the collimator lens 12 can be combined. That is, it becomes possible to directly convert the spherical wave into a Bessel beam. In this case, the hologram is a concentric circle with a varying period, similar to a Fresnel lens.

【0022】さらに、半導体レーザ素子のように楕円状
の光束も直接ベッセルビームに変換可能である。その方
法については、R.P.MacDonald等がAPP
LIED OPTICS/Vol.32,No.32/
10 November 1993,p6470〜p6
474に記載している。
Further, an elliptical light beam like a semiconductor laser device can be directly converted into a Bessel beam. For the method, see R. P. MacDonald and others are APP
LIED OPTICS / Vol. 32, no. 32 /
10 November 1993, p6470-p6.
474.

【0023】この長焦点レーザビームの光軸14を含む
断面でみた、光軸14に対し垂直な方向の電界分布は、
上記平面波A’、A”が互いに干渉して第1種0次ベッ
セル関数に比例するベッセルビームが形成される。
The electric field distribution in the direction perpendicular to the optical axis 14 as seen in a cross section including the optical axis 14 of the long focus laser beam is as follows.
The plane waves A ′ and A ″ interfere with each other to form a Bessel beam proportional to the 0th-order Bessel function of the first kind.

【0024】図14は、この基本的なベッセルビーム
の、光軸14に垂直な方向での強度分布を示す。また、
図15は光軸方向で見た集光スポット径の変化を示す。
ベッセルビームの場合は、図中の曲線Jで示されるよう
に集光スポット径は光軸方向に殆ど変化せず、スポット
サイズが同程度のガウスビームである図中の曲線Iに比
べ、光軸方向にスポット径が殆ど変化しないことが分か
る。即ち、図15よりベッセルビームの焦点深度はガウ
スビームの焦点深度に比べて格段に深くなっていること
が分かる。
FIG. 14 shows the intensity distribution of this basic Bessel beam in the direction perpendicular to the optical axis 14. Also,
FIG. 15 shows a change in the focused spot diameter viewed in the optical axis direction.
In the case of the Bessel beam, the focused spot diameter hardly changes in the optical axis direction as indicated by the curve J in the figure, and the optical axis is smaller than that of the curve I in the figure, which is a Gaussian beam having a similar spot size. It can be seen that the spot diameter hardly changes in the direction. That is, it can be seen from FIG. 15 that the depth of focus of the Bessel beam is much deeper than the depth of focus of the Gaussian beam.

【0025】[0025]

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記従来の
ベッセルビームでは、通常のガウスビームと比較すると
焦点深度は十分深くなっているものの、以下に示す理由
により、バーコード読み取り装置としては十分ではな
い。
However, although the conventional Bessel beam has a sufficiently deep depth of focus as compared with a normal Gaussian beam, it is not sufficient as a bar code reading device for the following reasons. .

【0026】即ち、バーコード読み収り装置に求められ
る性能としては、特定の最小線幅のバーコードをできる
だけ広い範囲で読みとる性能の他に、様々な最小線幅の
バーコードが読めることが必要である。また、最小線幅
の太いバーコードに対しては読み取り範囲が十分深いこ
とが要求される。
That is, as the performance required for the bar code reading device, in addition to the performance of reading a bar code having a specific minimum line width in the widest possible range, it is necessary to be able to read bar codes having various minimum line widths. Is. Further, it is required that the reading range be sufficiently deep for a thick barcode having a minimum line width.

【0027】図8のプロット十で示した点が、バーコー
ドの最小線幅とそれに対応する読みとり深度の要求仕様
値である。1つの焦点しかない単純な光学系では、ガウ
スビームを用いた場合には既に説明したように、読み取
れるバーコードの最小線幅と読み取り深度の関係は傾き
1の直線になるため、要求仕様を完全に満足することが
できないという課題があった。このため、実用的には、
読み取り範囲を限定して使用されている。
Points indicated by plots 10 in FIG. 8 are required specification values of the minimum line width of the bar code and the corresponding reading depth. In the case of a simple optical system with only one focus, the relationship between the minimum line width of a bar code that can be read and the reading depth is a straight line with an inclination of 1 when using a Gaussian beam. There was a problem that I could not be satisfied with. Therefore, in practice,
It is used with a limited reading range.

【0028】また、最小線幅の異なる、複数のバーコー
ドを要求仕様通り読み取れるバーコード読み取り装置を
実現するためには、焦点位置が複数ある光学系が用いら
れるが、多数のレンズが使用された複雑な光学系にな
る、という課題がある。
Further, in order to realize a bar code reading apparatus capable of reading a plurality of bar codes having different minimum line widths according to required specifications, an optical system having a plurality of focal positions is used, but a large number of lenses are used. There is a problem that it becomes a complicated optical system.

【0029】一方、従来のベッセルビームを用いた場合
は、コリメートレンズ12とアキシコン13のみを用い
た単純な光学系でも読み取れるバーコードの最小線幅と
読み取り範囲の関係は、図8上で傾きが0の直線に対応
するため、複数のバーコードに対して読み取り深度に対
する要求仕様を満足することができる。
On the other hand, when the conventional Bessel beam is used, the relationship between the minimum line width of the bar code and the reading range that can be read by a simple optical system using only the collimating lens 12 and the axicon 13 has an inclination in FIG. Since it corresponds to a straight line of 0, it is possible to satisfy the required specifications for the reading depth for a plurality of barcodes.

【0030】しかし、図8の直線Yのように、最も最小
線幅の細いバーコードが読み取れるように光学系を設計
したときには、最も最小線幅の太いバーコードに対する
読み取り深度が不十分であり、逆に、読み取り深度を十
分広くしようとすると、図8の直線Xのように、最も最
小線幅の細いバーコードを読むことができないという課
題があった。
However, when the optical system is designed so that the bar code with the smallest minimum line width can be read as indicated by the straight line Y in FIG. 8, the reading depth for the bar code with the smallest minimum line width is insufficient, On the other hand, if the reading depth is made sufficiently wide, there is a problem that the bar code having the smallest minimum line width cannot be read like the straight line X in FIG.

【0031】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、簡潔な光学系で特定の最小線幅のバーコー
ドを広い範囲で読み取ることができると共に、最小線幅
の異なる複数のバーコードを要求仕様通り読み取ること
が可能になるレーザビームを発生するレーザビーム発生
用光学素子及びこのレーザビーム発生用光学素子を用い
たバーコード読み取り装置を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and is capable of reading a bar code having a specific minimum line width in a wide range with a simple optical system and a plurality of bars having different minimum line widths. It is an object of the present invention to provide a laser beam generating optical element that generates a laser beam that enables a code to be read according to required specifications, and a bar code reading device that uses the laser beam generating optical element.

【0032】[0032]

【課題を解決するための手段】本発明のレーザビーム発
生用光学素子は、光軸に対し回転対称で、該光軸を含む
面で切った断面の稜線を表す曲線が光軸上で微分不可能
な非線形関数で表され、かつ該稜線の該光軸に近い箇所
の傾斜を大きくする一方、該稜線の該光軸から離れた箇
所の傾斜を小さくしてある光学素子からなり、そのこと
により上記目的が達成される。
In the optical element for generating a laser beam of the present invention, a curve which is rotationally symmetric with respect to the optical axis and which represents a ridge line of a cross section taken along a plane including the optical axis is different from the optical axis. The optical element is represented by a possible non-linear function, and the inclination of the ridgeline near the optical axis is increased, while the inclination of the ridgeline away from the optical axis is decreased. The above object is achieved.

【0033】また、本発明のレーザビーム発生用光学素
子は、前記光学素子と光学的に等価なホログラムからな
り、そのことにより上記目的が達成される。
The laser beam generating optical element of the present invention is composed of a hologram that is optically equivalent to the optical element, thereby achieving the above object.

【0034】また、本発明のレーザビーム発生用光学素
子は、前記光学素子の機能と、光源からの光を平行光に
変換するコリメートレンズとしての機能を併せ持つホロ
グラムからなり、そのことにより上記目的が達成され
る。
The laser beam generating optical element of the present invention comprises a hologram having both the function of the optical element and the function of a collimating lens for converting the light from the light source into parallel light, thereby achieving the above object. To be achieved.

【0035】また、本発明のバーコード読み取り装置
は、請求項1記載のレーザビーム発生用光学素子を備え
たバーコード読み取り装置であって、該レーザビーム発
生用光学素子の前記稜線の傾きの変化の程度を変えるこ
とにより、該レーザビーム発生用光学素子からの距離に
対する集光スポット径の大きさの変化の程度を調節で
き、読み取り可能なバーコードの最小線幅と、読み取り
深度との関係を、該読み取り可能なバーコードの最小線
幅を縦軸にとって、該読み取り深度を横軸にとって、両
対数グラフで表したとき、傾きPが、下記の条件を満足
するように 0<P<1 設定してなり、そのことにより上記目的が達成される。
A bar code reading apparatus of the present invention is a bar code reading apparatus including the laser beam generating optical element according to claim 1, wherein the inclination of the ridge of the laser beam generating optical element changes. The degree of change in the size of the focused spot diameter with respect to the distance from the laser beam generating optical element can be adjusted, and the relationship between the minimum readable barcode line width and the reading depth can be obtained. When the minimum line width of the readable barcode is plotted on the vertical axis and the reading depth is plotted on the horizontal axis in a logarithmic graph, the slope P satisfies the following condition: 0 <P <1 As a result, the above object is achieved.

【0036】また、本発明のバーコード読み取り装置
は、請求項2記載のレーザビーム発生用光学素子を備え
たバーコード読み取り装置であって、読み取り可能なバ
ーコードの最小線幅と、読み取り深度との関係を、該読
み取り可能なバーコードの最小線幅を縦軸にとって、該
読み取り深度を横軸にとって、両対数グラフで表したと
き、傾きPが、下記の条件を満足するように 0<P<1 設定してなり、そのことにより上記目的が達成される。
A bar code reading device of the present invention is a bar code reading device equipped with the laser beam generating optical element according to claim 2, wherein the bar code has a minimum line width and a reading depth. Is expressed as a logarithmic graph with the minimum line width of the readable barcode as the vertical axis and the reading depth as the horizontal axis, the slope P satisfies 0 <P <1 is set so that the above-mentioned object is achieved.

【0037】また、本発明のバーコード読み取り装置
は、請求項3記載のレーザビーム発生用光学素子を備え
たバーコード読み取り装置であって、読み取り可能なバ
ーコードの最小線幅と、読み取り深度との関係を、該読
み取り可能なバーコードの最小線幅を縦軸にとって、該
読み取り深度を横軸にとって、両対数グラフで表したと
き、傾きPが、下記の条件を満足するように 0<P<1 設定してなり、そのことにより上記目的が達成される。
A bar code reading device according to the present invention is a bar code reading device equipped with the laser beam generating optical element according to claim 3, wherein the bar code has a minimum line width and a reading depth. Is expressed as a logarithmic graph with the minimum line width of the readable barcode as the vertical axis and the reading depth as the horizontal axis, the slope P satisfies 0 <P <1 is set so that the above-mentioned object is achieved.

【0038】また、本発明のバーコード読み取り装置
は、レーザ光源、該レーザ光源から出射された光を平行
光に変換するコリメートレンズ及び請求項1記載のレー
ザビーム発生用光学素子を備え、読み取り可能なバーコ
ードの最小線幅と、読み取り深度との関係を、該読み取
り可能なバーコードの最小線幅を縦軸にとって、該読み
取り深度を横軸にとって、両対数グラフで表したとき、
傾きPが、複数の要求仕様値を結ぶ直線の傾きに対応す
る傾きに設定されており、そのことにより上記目的が達
成される。
Further, the bar code reading apparatus of the present invention comprises a laser light source, a collimator lens for converting the light emitted from the laser light source into parallel light, and the laser beam generating optical element according to claim 1, which is readable. When the minimum line width of the bar code and the reading depth are expressed in a logarithmic graph with the minimum line width of the readable barcode as the vertical axis and the reading depth as the horizontal axis,
The inclination P is set to the inclination corresponding to the inclination of a straight line connecting a plurality of required specification values, and thereby the above object is achieved.

【0039】また、本発明のバーコード読み取り装置
は、レーザ光源、該レーザ光源から出射された光を平行
光に変換するコリメートレンズ及び請求項2記載のホロ
グラムを備え、読み取り可能なバーコードの最小線幅
と、読み取り深度との関係を、該読み取り可能なバーコ
ードの最小線幅を縦軸にとって、該読み取り深度を横軸
にとって、両対数グラフで表したとき、傾きPが、複数
の要求仕様値を結ぶ直線の傾きに対応する傾きに設定さ
れており、そのことにより上記目的が達成される。
Further, the bar code reading apparatus of the present invention comprises a laser light source, a collimating lens for converting the light emitted from the laser light source into parallel light, and the hologram according to claim 2, and the minimum readable bar code. When the relationship between the line width and the reading depth is represented by a logarithmic graph with the minimum line width of the readable barcode as the vertical axis and the reading depth as the horizontal axis, the slope P has a plurality of required specifications. The inclination is set to correspond to the inclination of the straight line connecting the values, and thereby the above-mentioned object is achieved.

【0040】また、本発明のバーコード読み取り装置
は、レーザ光源、該レーザ光源から出射された光を平行
光に変換するコリメートレンズ及び請求項3記載のホロ
グラムを備え、読み取り可能なバーコードの最小線幅
と、読み取り深度との関係を、該読み取り可能なバーコ
ードの最小線幅を縦軸にとって、該読み取り深度を横軸
にとって、両対数グラフで表したとき、傾きPが、複数
の要求仕様値を結ぶ直線の傾きに対応する傾きに設定さ
れており、そのことにより上記目的が達成される。
The bar code reader of the present invention comprises a laser light source, a collimator lens for converting the light emitted from the laser light source into parallel light, and the hologram according to claim 3, and the minimum readable bar code. When the relationship between the line width and the reading depth is represented by a logarithmic graph with the minimum line width of the readable barcode as the vertical axis and the reading depth as the horizontal axis, the slope P has a plurality of required specifications. The inclination is set to correspond to the inclination of the straight line connecting the values, and thereby the above-mentioned object is achieved.

【0041】以下に、本発明の作用を図1及び図8〜図
10を参照しつつ説明する。
The operation of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 8 to 10.

【0042】光軸4に対し回転対称で、光軸4を含む面
で切った断面の稜線D’、D”を表す曲線が光軸4上で
微分不可能な非線形関数で表される形状のレーザビーム
発生用光学素子3を用いると、このレーザビーム発生用
光学素子3に入射する入射光は、図1に示すように、光
軸4に対し分割される。そして、このレーザビーム発生
用光学素子3から出射した2つの光束C’、C”は互い
に干渉し、その光強度は減衰されにくい。このため、こ
のレーザビーム発生用光学素子3によれば、ベッセルビ
ームに類似の長焦点レーザビームを発生することができ
る。
A curve that is rotationally symmetric with respect to the optical axis 4 and that represents the ridgelines D ′ and D ″ of the cross section cut along the plane including the optical axis 4 is represented by a non-differentiable non-linear function on the optical axis 4. When the laser beam generating optical element 3 is used, the incident light incident on the laser beam generating optical element 3 is split with respect to the optical axis 4 as shown in FIG. The two light beams C ′ and C ″ emitted from the element 3 interfere with each other, and the light intensity thereof is not easily attenuated. Therefore, the laser beam generating optical element 3 can generate a long focus laser beam similar to a Bessel beam.

【0043】加えて、このレーザビーム発生用光学素子
3では、光軸4に近い部分のレーザビーム発生用光学素
子3の稜線D’、D”の傾斜を大きくし、反対に、光軸
4から離れたところのレーザビーム発生用光学素子3の
稜線D’、D”の傾斜を小さくしてあるので、光軸4に
近いところで発生したレーザビームの傾きは大きくな
る。この結果、レーザビーム発生用光学素子3に近いと
ころで発生したレーザビームの傾きも大きくなるので、
その集光スポット径を小さくできる。一方、光軸4から
遠いところで発生したレーザビームの傾きは小さい。こ
の結果、レーザビーム発生用光学素子3に遠いところで
発生したレーザビームの傾きも小さくなるので、その集
光スポット径を大きくすることができる。
In addition, in the laser beam generating optical element 3, the slopes of the ridgelines D ′ and D ″ of the laser beam generating optical element 3 near the optical axis 4 are increased, and conversely, from the optical axis 4. Since the slopes of the ridgelines D ′ and D ″ of the laser beam generating optical element 3 at the distance are made small, the slope of the laser beam generated near the optical axis 4 becomes large. As a result, the inclination of the laser beam generated near the laser beam generating optical element 3 also becomes large,
The focused spot diameter can be reduced. On the other hand, the inclination of the laser beam generated far from the optical axis 4 is small. As a result, the inclination of the laser beam generated at a position distant from the laser beam generating optical element 3 is also reduced, so that the focused spot diameter can be increased.

【0044】従って、レーザビーム発生用光学素子3の
稜線D’、D”の傾きの変化の程度を変えることによ
り、集光スポット径と焦点深度を調節することができ
る。このため、このようなレーザビーム発生用光学素子
3によれば、読み取り可能なバーコードの最小線幅と読
み取り深度を調節することができる。即ち、読みとり可
能なバーコードの最小線幅と読み取り深度との関係を両
対数グラフで表したとき(図8参照)、傾きを0から1
の範囲で調節することができる。
Therefore, the focused spot diameter and the focal depth can be adjusted by changing the degree of change in the inclination of the ridgelines D ', D "of the laser beam generating optical element 3. The laser beam generating optical element 3 can adjust the minimum line width and the reading depth of the readable barcode, that is, the relationship between the minimum line width of the readable barcode and the reading depth is a logarithm. When expressed graphically (see Figure 8), the slope is 0 to 1
Can be adjusted in the range.

【0045】ここで、両対数グラフ上での傾きPを1
(=ガウスビームの場合の傾き)未満にすると、ガウス
ビームよりも焦点深度を深くできるので、特定の最小線
幅のバーコードをできるだけ広い範囲で読み取ることが
できる。一方、傾きPを0(=ベッセルビームの場合の
傾き)よりも大きくすると、ベッセルビームとは異な
り、複数の最小線幅のバーコードを読み取ることができ
る。また、最小線幅の太いバーコードに対して読み取り
範囲を十分に確保できる。
Here, the slope P on the log-log graph is 1
When it is less than (= inclination in the case of Gaussian beam), the depth of focus can be made deeper than that of Gaussian beam, so that a bar code having a specific minimum line width can be read in as wide a range as possible. On the other hand, when the inclination P is set to be larger than 0 (= inclination in the case of Bessel beam), unlike the Bessel beam, it is possible to read a plurality of barcodes having the minimum line width. Further, it is possible to secure a sufficient reading range for a thick barcode having a minimum line width.

【0046】そして、本発明のレーザビーム発生用光学
素子を用いたバーコード読み取り装置によれば、両対数
グラフ上での傾きPが0<P<1になるようにレーザビ
ーム発生用光学素子3の稜線D’、D”の傾きを設定し
ている。
Further, according to the bar code reading apparatus using the laser beam generating optical element of the present invention, the laser beam generating optical element 3 is set so that the inclination P on the logarithmic graph is 0 <P <1. The inclinations of the ridgelines D ′ and D ″ of the are set.

【0047】このため、本発明によれば、特定の最小線
幅のバーコードをできるだけ広い範囲で読み取ることが
でき、かつ複数の最小線幅のバーコードを読み取ること
ができ、更には最小線幅の太いバーコードに対して読み
取り範囲を十分に確保できるバーコード読み取り装置を
実現できる。
Therefore, according to the present invention, a bar code having a specific minimum line width can be read in as wide a range as possible, and a plurality of bar codes having the minimum line width can be read, and further, the minimum line width can be read. It is possible to realize a bar code reading device that can ensure a sufficient reading range for thick bar codes.

【0048】また、本発明のレーザビーム発生用光学素
子では、レーザビーム発生用光学素子3に近いところで
スポット径が最も小さくなるため、読み取り範囲を犠牲
にすることなく、最小線幅の最も細いバーコードは近く
で読むことができる。
Further, in the laser beam generating optical element of the present invention, the spot diameter becomes the smallest in the vicinity of the laser beam generating optical element 3, so that the bar having the smallest minimum line width can be obtained without sacrificing the reading range. The code can be read up close.

【0049】図8から分かるように、全ての最小線幅の
バーコードを読み取るためには最小集光スポット径とし
ては0.07mm以下、最大読み取り深度7000m
m、傾き0.62の直線を実現すれば良い。即ち、この
傾き0.62の直線は、全ての要求仕様値(図中にプロ
ット+で表示)を結ぶ直線の傾きであるからである。
As can be seen from FIG. 8, in order to read the bar code having the minimum line width, the minimum focused spot diameter is 0.07 mm or less, and the maximum reading depth is 7000 m.
A straight line with m and a slope of 0.62 may be realized. That is, this straight line having a slope of 0.62 is a slope of a straight line connecting all required specification values (shown by plot + in the figure).

【0050】この条件を満足するためには、以下のよう
にすればよい。即ち、光源に波長λmmのレーザビーム
を用いる場合を例にとって説明すると、上記レーザビー
ム発生用光学素子3の最も光軸に近いところ(図1にお
いて、y=0となる位置 )で発生するレーザビームの
光軸との傾きθ(0)を0.766×λ/0.07ra
d以上とすることにより最小スポット径を0.07mm
以下とし、光軸から最も遠いところ(図1において、y
=Rとなる位置)で発生するレーザビームの光軸との傾
きθ(R)を0.766×λ/1.8rad以上とし、
かつ、tanθ(R)<R/(1.2×7000)とな
るようにすれば、レーザビーム発生用光学素子3から7
000mmの位置での集光スポットのスポット径を1.
8mmにすることができるので、上記条件を満足するこ
とができる。
In order to satisfy this condition, the following may be done. That is, the case where a laser beam having a wavelength λmm is used as a light source will be described as an example. A laser beam generated at a position closest to the optical axis of the laser beam generating optical element 3 (a position where y = 0 in FIG. 1). Of the inclination θ (0) with respect to the optical axis of 0.766 × λ / 0.07ra
The minimum spot diameter is 0.07 mm by setting d or more.
The distance from the optical axis is as follows (y in FIG. 1 is y
= R), the inclination θ (R) with the optical axis of the laser beam generated is 0.766 × λ / 1.8 rad or more,
Moreover, if tan θ (R) <R / (1.2 × 7000) is satisfied, the laser beam generating optical elements 3 to 7 can be formed.
The spot diameter of the focused spot at the position of 000 mm is 1.
Since it can be set to 8 mm, the above conditions can be satisfied.

【0051】ここで、傾きθ(0)を0.766×λ/
0.07rad以上とすれば、最小スポット径を0.0
7mm以下にできる理由を、R.P.MacDonal
d等(Applied Optics vol32,p
6470(1993))に従って説明する。
Here, the inclination θ (0) is 0.766 × λ /
If 0.07 rad or more, the minimum spot diameter is 0.0
The reason why it can be set to 7 mm or less is as follows. P. MacDonal
d etc. (Applied Optics vol32, p
6470 (1993)).

【0052】まず、本発明の長焦点レーザビームはスポ
ット径の異なるベッセルビームの集まりと考えられる。
そこで、最内周を通る光で形成されるベッセルビームの
スポット径Wを最小線幅の最も細いバーコードが読み取
れるようにθ(0)を決定する。
First, the long focus laser beam of the present invention is considered to be a collection of Bessel beams having different spot diameters.
Therefore, the spot diameter W of the Bessel beam formed by the light passing through the innermost circumference is determined as θ (0) so that the bar code with the smallest line width can be read.

【0053】ここで、図9に示すように、ベッセルビー
ムのビーム径は0次ベッセル関数のJ(βρ)の第1零
点の値(半径)となり、下記(2)式で表される。
Here, as shown in FIG. 9, the beam diameter of the Bessel beam is the value (radius) of the first zero point of J (βρ) of the 0th-order Bessel function, and is represented by the following equation (2).

【0054】W=4.81/β …(2) 但し、数値4.81は計算によって求められた値であ
り、詳細については省略する。
W = 4.81 / β (2) However, the numerical value 4.81 is a value obtained by calculation, and the details are omitted.

【0055】一方、レーザビームが光軸4となす角をθ
とすると、下記(3)式が成立する。
On the other hand, the angle formed by the laser beam with the optical axis 4 is θ
Then, the following expression (3) is established.

【0056】β=(2π/λ)・tanθ …(3) (2)式及び(3)式より、下記(4)式が成立する。Β = (2π / λ) · tan θ (3) From the expressions (2) and (3), the following expression (4) is established.

【0057】 W={4.81/(2πtanθ)}・λ=0.766λ/θ …(4) 但し、tanθ≒θ (4)式より、 θ=0.766λ/W …(5) ここで、上記したようにレーザビームのスポット径W
は、読み取りたいバーコードの最小線幅と等しいかそれ
以下のビーム径とすればよいので、W≦0.07rad
より、傾きθ(0)を、下記(6)式の条件を満足する
ように設定すれば、最小スポット径を0.07mm以下
にできる。
W = {4.81 / (2πtan θ)} · λ = 0.766λ / θ (4) However, tan θ≈θ From the equation (4), θ = 0.766λ / W (5) where , The spot diameter W of the laser beam as described above
Is a beam diameter equal to or smaller than the minimum line width of the bar code to be read, so W ≦ 0.07 rad
Therefore, if the inclination θ (0) is set to satisfy the condition of the following expression (6), the minimum spot diameter can be 0.07 mm or less.

【0058】 θ(0)>0.766λ/0.07 …(6) また、傾きθ(R)を0.766×λ/1.8rad以
上とすればよいのは、以下の理由による。
Θ (0)> 0.766λ / 0.07 (6) Further, the inclination θ (R) may be set to 0.766 × λ / 1.8 rad or more for the following reason.

【0059】即ち、最外周を通る光で形成されるベッセ
ルビームのスポット径Wは最小線幅の最も太いバーコー
ドの最小線幅と等しいかそれ以下のビーム径にすればよ
いからである。従って、下記(7)式の条件を満足する
ように傾きθ(R)を設定すればよい。
That is, the spot diameter W of the Bessel beam formed by the light passing through the outermost circumference may be equal to or smaller than the minimum line width of the thickest bar code having the minimum line width. Therefore, the inclination θ (R) may be set so as to satisfy the condition of the following expression (7).

【0060】 θ(R)>0.766λ/1.8 …(7) また、tanθ(R)をtanθ(R)<R/(1.2
×7000)とすればよいのは、以下の理由による。
Θ (R)> 0.766λ / 1.8 (7) Further, tan θ (R) is tan θ (R) <R / (1.2
The reason why x7000) may be set is as follows.

【0061】まず、図1のレーザビーム発生用光学素子
3において、集光スポットが形成される最も近い点は、
光学素子3の稜線D’、D”の頂点の位置であり、最も
遠い位置は、下記(8)式で与えられる。
First, in the laser beam generating optical element 3 of FIG. 1, the closest point at which the focused spot is formed is
The positions of the vertices of the ridgelines D ′ and D ″ of the optical element 3 and the furthest positions are given by the following equation (8).

【0062】Zmax=tanθ(R) …(8) ここで、図10に示すようにベッセルビームは、レーザ
ビーム発生用光学素子3から遠いところでは光強度が変
動するため、バーコード読み取り装置に応用する場合
は、その変動を抑える工夫をする必要がある。即ち、図
10(a)はレーザビーム発生用光学素子3から遠いと
ころで光強度の変動が大きい様を示しており、同図
(b)は光強度変動を過剰に抑制した場合を示し、同図
(c)は光強度変動を適正に抑制した場合を示してい
る。同図(c)から分かるように、このような工夫をし
た場合には、20%程度使用できる距離が減少してい
る。
Zmax = tan θ (R) (8) Here, as shown in FIG. 10, since the light intensity of the Bessel beam fluctuates far from the laser beam generating optical element 3, it is applied to a bar code reader. If you do, it is necessary to devise to suppress the fluctuation. That is, FIG. 10A shows that the fluctuation of the light intensity is large at a position far from the laser beam generating optical element 3, and FIG. 10B shows a case where the fluctuation of the light intensity is excessively suppressed. (C) shows the case where the light intensity fluctuation is appropriately suppressed. As can be seen from FIG. 7C, the distance that can be used is reduced by about 20% when such a device is devised.

【0063】このため、使用できる距離については余裕
を持たせる必要があるので、本発明では、20%程度の
余裕を持たせている。従って、実用的なビーム径一定の
最大距離は約Zmax/1.2となる。それ故、読み取
り範囲を7000mmに設定する場合は、Zmax≒
1.2×7000とすればよい。
For this reason, since it is necessary to have a margin for the usable distance, in the present invention, a margin of about 20% is provided. Therefore, the practical maximum distance with a constant beam diameter is about Zmax / 1.2. Therefore, when setting the reading range to 7000 mm, Zmax≈
It may be 1.2 × 7000.

【0064】よって、上記(8)式より、tanθ
(R)を下記(9)式の条件を満足するように設定すれ
ばよい。
Therefore, from the above equation (8), tan θ
(R) may be set so as to satisfy the condition of the following expression (9).

【0065】 tanθ(R)<R/(1.2×7000) …(9) なお、図10(c)に示すような光強度変動を適正化す
る方法としては、例えば本願出願人が特願平7−213
265号で先に提案したものがある。
Tan θ (R) <R / (1.2 × 7000) (9) As a method of optimizing the light intensity variation as shown in FIG. Flat 7-213
There is one previously proposed in No. 265.

【0066】本発明では、上記のようなレーザビーム発
生用光学素子3の代わりに、これと光学的に等価なホロ
グラムを用いることが可能である。ホログラムを用いる
場合は、通常のホトリソグラフィー法を用いて光学素子
を作製できるので、量産することが可能になる。
In the present invention, instead of the laser beam generating optical element 3 as described above, it is possible to use a hologram optically equivalent thereto. When a hologram is used, an optical element can be produced by using a normal photolithography method, and thus mass production becomes possible.

【0067】また、コリメートレンズを一体化したホロ
グラムを用いることも可能である。この場合は、光学系
の部品点数を低減できるので、光学系の構成をより一層
簡潔化できる。
It is also possible to use a hologram in which a collimator lens is integrated. In this case, since the number of parts of the optical system can be reduced, the configuration of the optical system can be further simplified.

【0068】[0068]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づき具体的に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.

【0069】(レーザビーム発生用光学素子の実施形態
1)図1は本発明レーザビーム発生用光学素子の実施形
態1を光源及びコリメートレンズと共に示す。即ち、こ
のレーザビーム発生用光学素子を備えたレーザビーム発
生装置を示している。
(First Embodiment of Laser Beam Generating Optical Element) FIG. 1 shows a first embodiment of a laser beam generating optical element of the present invention together with a light source and a collimating lens. That is, a laser beam generator including this laser beam generating optical element is shown.

【0070】このレーザビーム発生装置は、半導体レー
ザ1、コリメートレンズ2及びレーザビーム発生用光学
素子3を備えている。半導体レーザ1から出射された球
面波のレーザビームCはコリメートレンズ2により平面
波に変換された後、レーザビーム発生用光学素子3に入
射する。
This laser beam generator comprises a semiconductor laser 1, a collimator lens 2 and a laser beam generating optical element 3. The laser beam C of the spherical wave emitted from the semiconductor laser 1 is converted into a plane wave by the collimator lens 2 and then enters the laser beam generating optical element 3.

【0071】このレーザビーム発生用光学素子3は、光
軸(Z軸)4に対して回転対称であるため、以下では簡
単のため、光軸4を含む面でみた任意の断面内に限定し
て説明を行う。
Since this laser beam generating optical element 3 is rotationally symmetric with respect to the optical axis (Z axis) 4, it is limited to an arbitrary cross section viewed from the plane including the optical axis 4 for simplicity in the following. And explain.

【0072】レーザビーム発生用光学素子3の光を屈折
する作用を有する面は、光軸4を含む平面で切った断面
でみたとき、2つの稜線D’、D”で形成されている。
一方の稜線D’で屈折された光の進行方向の光軸4とな
す角θはベッセルビームと異なり、光軸4からの高さr
により変化する。光軸4外において発散するようにする
ため、光軸4から離れるほどθは小さくなる。θがrの
関数であることを強調するため、以下ではθ(r)と書
く。
The surface of the optical element 3 for generating a laser beam, which has a function of refracting light, is formed by two ridges D ′ and D ″ when viewed in a cross section taken along a plane including the optical axis 4.
The angle θ formed by the ridgeline D ′ with the optical axis 4 in the traveling direction of the light is different from the Bessel beam, and the height r from the optical axis 4 is r.
It changes with. In order to diverge outside the optical axis 4, θ becomes smaller as the distance from the optical axis 4 increases. To emphasize that θ is a function of r, it is written as θ (r) below.

【0073】本実施形態1ではスポット径がレーザビー
ム発生用光学素子3からの距離に応じて大きくなるよう
にするため、θ(r)がrのべき関数になるようにして
いる。図1に示す幾何学的関係により、θ(r)は下記
(10)で表される。
In the first embodiment, θ (r) is a power function of r so that the spot diameter is increased according to the distance from the laser beam generating optical element 3. Due to the geometrical relationship shown in FIG. 1, θ (r) is represented by the following (10).

【0074】 θ(r)=θ0−△θ(1一r/R)Q …(10) 但し、R:レーザビーム発生用光学素子3の外径(半
径) △θ:発散の範囲を決める定数であり、発散点E’(又
は発散点E”)から出て、r=Rの位置で屈折される光
と、発散点E’(又は発散点E”)から出て、r=0の
位置で屈折される光とがなす角 Q:発散の強さを決める定数 他方の稜線D”で屈折された光についても同様に上記
(10)式の関係が成立する。
Θ (r) = θ 0 −Δθ (11−r / R) Q (10) where R: outer diameter (radius) of the laser beam generating optical element 3 Δθ: divergence range It is a constant, and the light emitted from the divergence point E ′ (or the divergence point E ″) and refracted at the position of r = R and the light radiated from the divergence point E ′ (or the divergence point E ″) and r = 0 The angle formed by the light refracted at the position Q: A constant that determines the intensity of divergence The same formula (10) holds for the light refracted on the other edge D ″.

【0075】以下、説明を簡単にするために、Q=1の
場合を例にとって説明する。上記の稜線D’、D”を表
す関数f(r),g(r)はそれぞれ下記(11)式 、
(12)式で表され、光軸4上では微分不可能な関数と
なる。
In order to simplify the description, the case of Q = 1 will be described below as an example. The functions f (r) and g (r) representing the above ridge lines D ′ and D ″ are respectively expressed by the following equation (11):
It is expressed by the equation (12) and is a function that cannot be differentiated on the optical axis 4.

【0076】[0076]

【数1】 [Equation 1]

【0077】[0077]

【数2】 [Equation 2]

【0078】以下に図2を参照しつつ、上記(11)、
(12)式の導出過程について説明する。図2に示す幾
何学的関係により、下記(13)式が成立する。
With reference to FIG. 2 below, the above (11),
The process of deriving the equation (12) will be described. The following equation (13) is established by the geometrical relationship shown in FIG.

【0079】θ1=π−α,θ2=θ1+θ …(13) このθは上記(10)式のθ(r)である。Θ 1 = π−α, θ 2 = θ 1 + θ (13) This θ is θ (r) in the above equation (10).

【0080】今、稜線D’に相当する曲線の関数として
下記(14)式のものを想定する。
Now, assume that the function of the curve corresponding to the ridge D'is expressed by the following equation (14).

【0081】z=f(r) …(14) この曲線の接線5は関数z=f(r)を微分すれば得ら
れるので、下記(15)式で表される。
Z = f (r) (14) Since the tangent line 5 of this curve is obtained by differentiating the function z = f (r), it is expressed by the following equation (15).

【0082】z=f′(r)・r+m …(15) 但し、mはこの接線5とz軸との交点である。Z = f '(r) .r + m (15) where m is the intersection of the tangent 5 and the z axis.

【0083】ここで、接線5の傾きf′(r)は、図2
に示す幾何学的関係により、下記(16)式で表され
る。
Here, the slope f '(r) of the tangent 5 is as shown in FIG.
It is expressed by the following equation (16) according to the geometrical relationship shown in.

【0084】f′(r)=tanα(r) …(16) ここで、屈折率をnとすると、スネルの法則より、下記
(17)式の関係が成立する。
F ′ (r) = tan α (r) (16) Here, assuming that the refractive index is n, the following equation (17) is established according to Snell's law.

【0085】nsinθ1=sinθ2 …(17) この(17)式に上記(13)式の関係を代入すると、
下記(18)式が成立する。
N sin θ 1 = sin θ 2 (17) Substituting the relationship of the above equation (13) into this equation (17),
The following expression (18) is established.

【0086】 nsin(π−α)=sin(π−α+θ) …(18) (18)式を整理すると、下記(19)式になる。Nsin (π−α) = sin (π−α + θ) (18) When the formula (18) is rearranged, the following formula (19) is obtained.

【0087】 nsinα=sin(α−θ) …(19) また、α=α(r),θ=θ(r)であるから、(1
9)式は下記(20)式に書き改められる。
Nsin α = sin (α−θ) (19) Since α = α (r) and θ = θ (r), (1
Equation (9) can be rewritten as equation (20) below.

【0088】 nsinα(r)=sin{α(r)−θ(r)} =sinα(r)cosθ(r)−cosα(r)sinθ (r) …(20) (20)式の両辺をsinα(r)で割ると、下記(2
1a),(21b)式が成立する。
N sin α (r) = sin {α (r) −θ (r)} = sin α (r) cos θ (r) −cos α (r) sin θ (r) (20) (20) Both sides of sin α Dividing by (r) gives (2
Equations 1a) and (21b) are established.

【0089】 n=cosθ(r)−{tanα(r)}-1・sinθ(r) …(21a) {n−cosθ(r)}/sinθ(r)=−{tanα(r)}-1 …(21b) よって、 tanα(r)=−sinθ(r)/{n−cosθ(r)} …(22) となる。N = cos θ (r) − {tan α (r)} −1 · sin θ (r) (21a) {n-cos θ (r)} / sin θ (r) = − {tan α (r)} −1 (21b) Therefore, tan α (r) = − sin θ (r) / {n−cos θ (r)} (22)

【0090】(22)式に上記(16)式の関係を代入
すると、下記(23)式が成立する。
By substituting the relationship of the above expression (16) into the expression (22), the following expression (23) is established.

【0091】 f′(r)=−sinθ(r)/{n−cosθ(r)} …(23) よって、稜線D’は、上記(23)式を積分した、上記
(11)式で表される関数となる。
F ′ (r) = − sin θ (r) / {n−cos θ (r)} (23) Therefore, the ridge line D ′ is represented by the above formula (11) by integrating the above formula (23). Is a function that is

【0092】同様に、稜線D”は、上記(12)式で表
される。
Similarly, the ridgeline D ″ is represented by the above equation (12).

【0093】ここで、θ(r)の与えかたによっては、
式中の不定積分が実行できない場合があるが、その場合
には、数値積分を行うことによつて、関数の形が決定で
きる。
Here, depending on how to give θ (r),
In some cases, the indefinite integral in the formula cannot be executed. In that case, the form of the function can be determined by performing the numerical integration.

【0094】一例として、s=△θ/R,t=θ0−△
θ,θ(r)=sr+tとおくと、上記f(r)は、下
記(24)式に書き改められる。
As an example, s = Δθ / R, t = θ 0 −Δ
When θ and θ (r) = sr + t are set, the above f (r) can be rewritten as the following equation (24).

【0095】 f(r)=−(1/s)・log{n−cos(sr+t)}+c …(24 ) ここで、f(0)=z0とすると、下記(25)式が成
立する。
F (r) = − (1 / s) · log {n−cos (sr + t)} + c (24) Here, if f (0) = z 0 , the following equation (25) is established. .

【0096】 f(0)=z0=−(1/s)・log(n−cost)+c …(25) よって、積分定数cは下記(26)式で表される。F (0) = z 0 = − (1 / s) · log (n-cost) + c (25) Therefore, the integration constant c is expressed by the following equation (26).

【0097】 c=z0+(1/s)・log(n−cost) …(26) 従って、上記(11)式は下記(27)式に書き改めら
れる。
C = z 0 + (1 / s) · log (n-cost) (26) Therefore, the above equation (11) can be rewritten as the following equation (27).

【0098】 z=f(r)=−(1/s)・log{n−cos(sr+t)} +(1/s)・log(n−cost)+z0 …(27) さて、レーザビーム発生用光学素子3を出射したレーザ
ビームは図1に示すように、稜線D’、D”で屈折さ
れ、2つの光束C’、C”に分けられる。光束C’は光
軸4と交差し、かつ、光軸4外の仮想的な点E’から発
散する光束となる。一方、光束C”は光軸4と交差し、
かつ、光軸4外の仮想的な点E”から発故する光束とな
る。発散点E’とE”とは光軸4に対して互いに対称な
位置にあるため光束D’、D”は交差することになる。
互いに交差している部分では、光束D’、D”の波面が
互いに干渉して、光軸4に対し垂直な面内で見たとき、
動径方向に第1種0次ベッセル関数に類似した振幅分布
を持つ長焦点レ‐ザビームが形成される。
Z = f (r) = − (1 / s) · log {n-cos (sr + t)} + (1 / s) · log (n-cost) + z 0 (27) Now, laser beam generation As shown in FIG. 1, the laser beam emitted from the use optical element 3 is refracted at the ridgelines D ′ and D ″ and divided into two light beams C ′ and C ″. The light flux C ′ is a light flux that intersects the optical axis 4 and diverges from a virtual point E ′ outside the optical axis 4. On the other hand, the luminous flux C ″ intersects the optical axis 4,
Further, it becomes a light beam that originates from a virtual point E ″ outside the optical axis 4. Since the divergence points E ′ and E ″ are symmetrical with respect to the optical axis 4, the light beams D ′ and D ″ are You will cross.
When the wavefronts of the light beams D ′ and D ″ interfere with each other at the intersecting portions and are viewed in a plane perpendicular to the optical axis 4,
A long-focus laser beam having an amplitude distribution similar to the 0th-order Bessel function of the first kind is formed in the radial direction.

【0099】バーコード読み取り装置においては、読み
取り可能なバーコードの最小線幅は集光スポット径によ
りほぼ決まるので、集光スポット径をレーザビーム発生
用光学素子3からの距離に応じて設定できることは実用
上桓めて重要である。本発明のレーザビーム発生用光学
素子3がこのような特性を持つのは以下に示すように、
レーザビーム発生用光学素子3により集光スポット径が
レーザビーム発生用光学素子3からの距離に応じて可変
できるからである。
In the bar code reading apparatus, since the minimum line width of a readable bar code is substantially determined by the focused spot diameter, the focused spot diameter can be set according to the distance from the laser beam generating optical element 3. It is important for practical use. The laser beam generating optical element 3 of the present invention has such characteristics as described below.
This is because the focused spot diameter can be changed by the laser beam generation optical element 3 according to the distance from the laser beam generation optical element 3.

【0100】このレーザビーム発生用光学素子3を用い
ると、ベッセルビーム発生装置と類似の下記(28)
式、(29)式でレーザビーム発生用光学素子3からの
距離Zにおける集光スポット径ω0が与えられる。
Using this laser beam generating optical element 3, the following (28) similar to the Bessel beam generating device is used.
The focused spot diameter ω 0 at the distance Z from the laser beam generating optical element 3 is given by the equations (29).

【0101】 ω0=0.766・λ/θ(r) …(28) Z=r・tanθ(r) …(29) ここで、θ(r)は上記(10)式で与えられるrのQ
次関数である。これから、距離Zにおける集光スポット
径を決めるのは光軸4からrの高さを通る光束の、光軸
4とのなす角度θ(r)である。θ(r)はレーザビー
ム発生用光学素子3の屈折率、高さrにおける面の傾き
によって決まるので、rを0からRまで変えたときのレ
ーザビーム発生用光学素子3の面の高さr付近の微小な
範囲における傾きを適宜設定することにより、所望の集
光スポット径の光軸方向の分布を実現することができ
る。その詳細については、上記の作用のところで説明し
たので、ここでは省略する。
Ω 0 = 0.766 · λ / θ (r) (28) Z = r · tan θ (r) (29) Here, θ (r) is the value of r given by the above equation (10). Q
It is the next function. From this, it is the angle θ (r) formed by the light beam passing through the height r from the optical axis 4 and the optical axis 4 that determines the focused spot diameter at the distance Z. Since θ (r) is determined by the refractive index of the laser beam generation optical element 3 and the inclination of the surface at the height r, the height r of the surface of the laser beam generation optical element 3 when r is changed from 0 to R. By appropriately setting the inclination in a minute range in the vicinity, it is possible to realize a desired distribution of the focused spot diameter in the optical axis direction. Since the details thereof have been described in the above-mentioned operation, they are omitted here.

【0102】(バーコード読み取り装置の実施形態1)
図3は実施形態1のレーザビーム発生用光学素子を用い
た本発明バーコード読み取り装置の実施形態1を示す。
以下にその構成を動作と共に説明する。
(First Embodiment of Bar Code Reader)
FIG. 3 shows Embodiment 1 of the bar code reading apparatus of the present invention using the laser beam generating optical element of Embodiment 1.
The configuration will be described below together with the operation.

【0103】半導体レーザ21から出射された光(球面
波)Fはコリメートレンズ22により平行光に変換さ
れ、上記レーザビーム発生用光学素子3同様のレーザビ
ーム発生用光学素子23に入射される。このレーザビ一
ム発生用光学素子23から出た長焦点レーザビームGは
光偏向装置であるポリゴンミラー24で±30゜の範囲
で偏向され、バーコード25に照射される。
The light (spherical wave) F emitted from the semiconductor laser 21 is converted into parallel light by the collimator lens 22 and is incident on the laser beam generating optical element 23 similar to the laser beam generating optical element 3. The long-focus laser beam G emitted from the laser beam generating optical element 23 is deflected within a range of ± 30 ° by a polygon mirror 24 which is an optical deflector, and is irradiated onto the bar code 25.

【0104】そして、バ一コード25により変調され、
散乱された光束Hはレンズ26で集光され、信号読み取
り用のホトダイオード27に入射し、ビームの出射方向
制御信号(図示しない参照光)を参照することによりバ
ーコード信号が読み取られる。上述のように、本発明の
レーザビーム発生用光学素子23で発生されたレーザビ
ームの集光スポット径は、レーザビーム発生光学素子2
3からの距離に応じて増加する。
Then, it is modulated by the bar code 25,
The scattered light beam H is condensed by the lens 26, enters the photodiode 27 for signal reading, and the barcode signal is read by referring to the beam emission direction control signal (reference light not shown). As described above, the focused spot diameter of the laser beam generated by the laser beam generating optical element 23 of the present invention is determined by the laser beam generating optical element 2
Increases with distance from 3.

【0105】上述の作用のところで説明したように、集
光スポットが形成される最も近い点はレーザビーム発生
用光学素子23の頂点の位置であり、最も遠い位置は上
記(8)式で与えられる。
As described in the above operation, the closest point where the focused spot is formed is the position of the apex of the laser beam generating optical element 23, and the farthest position is given by the above equation (8). .

【0106】Zmax=R/tanθ(R) …(8) ここで、tanθ(R)が負の数になるときはZmax
は無限大とみなすことができる。実用的には、レーザビ
ーム発生用光学素子23から離れるほど光の強度が弱く
なり、バーコードの読み取りには不適当となる。集光ス
ポット径はレーザビーム発生光学素子23からの距離に
応じて増加し、その変化の大きさは図8の直線Zのよう
に、傾きPの直線となる。
Zmax = R / tan θ (R) (8) Here, when tan θ (R) is a negative number, Zmax
Can be considered infinity. Practically, the farther away from the laser beam generating optical element 23, the weaker the light intensity becomes, and it becomes unsuitable for reading a barcode. The focused spot diameter increases in accordance with the distance from the laser beam generating optical element 23, and the magnitude of the change is a straight line with an inclination P as shown by a straight line Z in FIG.

【0107】本実施形態では、図8に示したように、ど
のような最小線幅のバーコードでも必要な読み取り深度
で読みとれる最も大きい傾き0.62を選んだ。傾き
が、より小さくても読み取り深度は問題ないが、長焦点
レーザビームの強度が減少するため好ましくない。
In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the largest inclination of 0.62 that can be read at the required reading depth for a bar code having any minimum line width is selected. Even if the inclination is smaller, the reading depth does not matter, but the intensity of the long-focus laser beam decreases, which is not preferable.

【0108】しかし、集光スポット径のZ方向の変化の
大きさとしては図8の直線Zのような関数に限ることは
なく、すべての最小線幅のバーコードを読み取る必要が
ない場合には、傾きを大きくして強度を大きくする方が
一般に有利である。また、新しい規格のバーコードが採
用された場合には、新規な最小線幅のバーコードを必要
な読み取り深度で読み取れる傾きになるように設計すれ
ば良い。
However, the magnitude of the change in the condensed spot diameter in the Z direction is not limited to the function shown by the straight line Z in FIG. 8, and when it is not necessary to read the bar codes of all the minimum line widths. It is generally advantageous to increase the inclination to increase the strength. Further, when a barcode of a new standard is adopted, the barcode with a new minimum line width may be designed so that it can be read at a required reading depth.

【0109】(レーザビーム発生用光学素子の実施形態
2)図4は本発明レーザビーム発生用光学素子の実施形
態2を示す。このレーザビーム発生用光学素子33は、
実施形態1のレーザビーム発生用光学素子3と光学的に
等価なホログラムである。
(Second Embodiment of Laser Beam Generating Optical Element) FIG. 4 shows a second embodiment of the laser beam generating optical element of the present invention. The laser beam generating optical element 33 is
It is a hologram optically equivalent to the laser beam generating optical element 3 of the first embodiment.

【0110】図4に示すように、このホログラム33
は、光軸方向からみると、外側に比べて内側の間隔が詰
まった同心円になっている。即ち、このホログラム33
は平行光を発散光に変換する必要があるため、外周に近
付くほどピッチの粗い同心円になっている。この点で、
等間隔の同心円の集合である図13のホログラムとは明
確に異なっている。
As shown in FIG. 4, this hologram 33
When viewed from the direction of the optical axis, is a concentric circle in which the inner space is closer than the outer space. That is, this hologram 33
Since it is necessary to convert parallel light into divergent light, the concentric circles with a coarser pitch become closer to the outer circumference. In this regard,
It is clearly different from the hologram of FIG. 13, which is a set of concentric circles with equal intervals.

【0111】光学的に等価であるため、このホログラム
33によれば、上記レーザビーム発生用光学素子23同
様の長焦点レーザビームを形成することができる。
Since the holograms 33 are optically equivalent, a long focus laser beam similar to the laser beam generating optical element 23 can be formed by the hologram 33.

【0112】(バーコード読み取り装置の実施形態2)
図5は本発明バーコード読み取り装置の実施形態2を示
す。このバーコード読み取り装置は、レーザビーム発生
用光学素子として、図4のホログラム33を用いてい
る。
(Second Embodiment of Bar Code Reading Device)
FIG. 5 shows Embodiment 2 of the barcode reading apparatus of the present invention. This bar code reader uses the hologram 33 of FIG. 4 as a laser beam generating optical element.

【0113】他の構成については、図3に示すものと同
一であるので、対応する部分に同一の符号を付して、具
体的な説明は省略する。
Since the other structure is the same as that shown in FIG. 3, the corresponding parts are designated by the same reference numerals and the detailed description thereof will be omitted.

【0114】このバーコード読み取り装置においても、
上記実施形態1のバーコード読み取り装置同様の効果を
奏することができる。
Also in this bar code reader,
The same effects as those of the barcode reading device of the first embodiment can be obtained.

【0115】(レーザビーム発生用光学素子の実施形態
3)図6は本発明レーザビーム発生用光学素子の実施形
態3を示す。このレーザビーム発生用光学素子43は、
実施形態1のレーザビーム発生用光学素子3と光学的に
等価であり、かつコリメートレンズの機能を一体化した
ホログラムである。
(Third Embodiment of Laser Beam Generating Optical Element) FIG. 6 shows a third embodiment of the laser beam generating optical element of the present invention. The laser beam generating optical element 43 is
It is a hologram that is optically equivalent to the laser beam generating optical element 3 of the first embodiment and has the function of a collimating lens integrated.

【0116】図6に示すように、このホログラム43
は、光軸方向からみると、図4のホログラム33と同様
に外側に比べて内側が詰まった同心円になっている。但
し、図4のホログラム33とは異なり、内側に向けて間
隔が不均一に詰まっている。
As shown in FIG. 6, this hologram 43
When viewed from the optical axis direction, is a concentric circle in which the inner side is smaller than the outer side, like the hologram 33 in FIG. However, unlike the hologram 33 of FIG. 4, the gaps are unevenly packed toward the inside.

【0117】これは、このホログラム43は球面波を平
行光に変換する機能(有限の焦点距離を持つレンズと等
価な機能)と、この平行光を発散光に変換する機能を併
せ持つ必要があるため、前者の機能を満足するために、
外周側ほどピッチの細かいホログラムとし、かつ収差を
抑制するため不等間隔にする必要がある一方、図4のホ
ログラム33と光学的に等価にして後者の機能を発揮す
る必要上、外周側ほどピッチを少し粗くする必要がある
ため、両機能を発揮するために図示する同心円の集合に
なっている。
This is because the hologram 43 needs to have both a function of converting a spherical wave into parallel light (a function equivalent to a lens having a finite focal length) and a function of converting this parallel light into divergent light. , To satisfy the former function,
It is necessary to make holograms having a finer pitch on the outer peripheral side and to have unequal intervals in order to suppress aberrations. On the other hand, it is necessary to make the latter function optically equivalent to the hologram 33 of FIG. Since it is necessary to make it a little rough, it is a set of concentric circles shown in order to exert both functions.

【0118】(バーコード読み取り装置の実施形態3)
図7は本発明バーコード読み取り装置の実施形態3を示
す。このバーコード読み取り装置は、レーザビーム発生
用光学素子として、図6のホログラム43を用いてい
る。
(Third Embodiment of Bar Code Reader)
FIG. 7 shows Embodiment 3 of the barcode reading apparatus of the present invention. This barcode reader uses the hologram 43 of FIG. 6 as an optical element for generating a laser beam.

【0119】他の構成については、図3及び図5に示す
ものと同一であるので、対応する部分に同一の符号を付
して、具体的な説明は省略する。
Since the other structure is the same as that shown in FIGS. 3 and 5, the same reference numerals are given to the corresponding portions and the detailed description thereof will be omitted.

【0120】このバーコード読み取り装置によれば、コ
リメートレンズが不要になる。このため、光学系を簡潔
化できる利点がある。
According to this bar code reader, a collimating lens is unnecessary. Therefore, there is an advantage that the optical system can be simplified.

【0121】[0121]

【発明の効果】以上の本発明レーザビーム発生用光学素
子によれば、焦点深度が深いだけでなく、集光スポット
径が光学素子からの距離に応じて大きくなるレーザビー
ムを形成することができる。このため、このレーザビー
ム発生用光学素子をバーコード読み取り装置に用いる
と、1台のバーコード読み取り装置で、全ての最小線幅
のバーコードを要求される読み取り深度で読み取ること
が可能となる。
According to the above laser beam generating optical element of the present invention, it is possible to form a laser beam which not only has a deep depth of focus but also has a focused spot diameter which increases with the distance from the optical element. . For this reason, when this laser beam generating optical element is used in a bar code reading device, it becomes possible to read bar codes of all minimum line widths with a required reading depth with one bar code reading device.

【0122】また、このレーザビーム発生用光学素子を
用いると、光学系が、コリメートレンズとこのレーザビ
ーム発生用光学素子だけで済むため、簡潔な構成の光学
系で、全ての最小線幅のバーコードを要求される読み取
り深度で読み取るとることが可能なバーコード読み取り
装置を実現できる。
When this laser beam generating optical element is used, the optical system only needs the collimating lens and the laser beam generating optical element. A bar code reader capable of reading a code at a required reading depth can be realized.

【0123】また、特にレーザビーム発生用光学素子と
して、ホログラムを用いる場合は、量産性に優れている
ので、レーザビーム発生用光学素子及びバーコード読み
取り装置のコストダウンに大いに寄与できる利点があ
る。
Further, particularly when a hologram is used as the laser beam generating optical element, the mass productivity is excellent, and there is an advantage that it can greatly contribute to the cost reduction of the laser beam generating optical element and the bar code reading apparatus.

【0124】また、特にレーザビーム発生用光学素子と
して、コリメートレンズの機能を併せ持つホログラムを
用いる場合は、光学系をより一層簡潔化できる利点があ
る。
In particular, when a hologram having a function of a collimating lens is used as the laser beam generating optical element, there is an advantage that the optical system can be further simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】レーザビーム発生用光学素子の実施形態1を光
源及びコリメートレンズと共に示す模式的側面図。
FIG. 1 is a schematic side view showing a first embodiment of a laser beam generating optical element together with a light source and a collimating lens.

【図2】実施形態1のレーザビーム発生用光学素子の稜
線の曲線を導き出すための幾何学的説明図。
FIG. 2 is a geometrical explanatory diagram for deriving a curve of a ridgeline of the laser beam generating optical element according to the first embodiment.

【図3】本発明バーコード読み取り装置の実施形態1を
示す斜視図。
FIG. 3 is a perspective view showing Embodiment 1 of the barcode reading apparatus of the present invention.

【図4】レーザビーム発生用光学素子の実施形態2を示
す、ホログラムを光軸方向からみた図。
FIG. 4 is a view showing a second embodiment of an optical element for generating a laser beam, as seen from the optical axis direction of a hologram.

【図5】本発明バーコード読み取り装置の実施形態2を
示す斜視図。
FIG. 5 is a perspective view showing a second embodiment of the barcode reading device of the present invention.

【図6】レーザビーム発生用光学素子の実施形態3を示
す、コリメートレンズの機能を併せ持つホログラムを光
軸方向からみた図。
FIG. 6 is a view showing a hologram having a function of a collimator lens as seen from the optical axis direction, showing a third embodiment of an optical element for generating a laser beam.

【図7】本発明バーコード読み取り装置の実施形態3を
示す斜視図。
FIG. 7 is a perspective view showing a third embodiment of the barcode reading apparatus of the present invention.

【図8】読み取るべきバーコードの最小線幅と読み取り
深度との関係を表すグラフ。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the minimum line width of a barcode to be read and the reading depth.

【図9】ベッセルビームのビーム径が0次ベッセル関数
のJ(βρ)の第1零点の値になることを示すグラフ。
FIG. 9 is a graph showing that the beam diameter of the Bessel beam becomes the value of the first zero point of J (βρ) of the 0th-order Bessel function.

【図10】(a)は強度変動大の状態を、(b)は強度
変動過剰抑制の状態を、(c)は強度変動適正の状態を
それぞれ示す、光強度と光学素子からの距離との関係を
示すグラフ。
FIG. 10A shows a state of large intensity fluctuation, FIG. 10B shows a state of excessive intensity fluctuation suppression, and FIG. 10C shows a state of proper intensity fluctuation. A graph showing the relationship.

【図11】基本的なベッセルビーム発生光学系の一従来
例を示す模式的側面図。
FIG. 11 is a schematic side view showing a conventional example of a basic Bessel beam generating optical system.

【図12】(a)、(b)、(c)共に図11のアキシ
コンと光学的に等価なホログラムを示す部分断面図。
12 (a), (b), and (c) are partial cross-sectional views showing holograms optically equivalent to the axicon of FIG.

【図13】図12のホログラムを光軸方向から見た図。13 is a diagram of the hologram of FIG. 12 viewed from the optical axis direction.

【図14】基本的なベッセルビームの光軸に垂直な方向
での強度分布を示すグラフ。
FIG. 14 is a graph showing the intensity distribution of a basic Bessel beam in a direction perpendicular to the optical axis.

【図15】基本的なベッセルビームの光軸方向で見た集
光スポット径の変化を示すグラフ。
FIG. 15 is a graph showing changes in the focused spot diameter as seen in the basic optical axis direction of the Bessel beam.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,21 半導体レーザ 2,22 コリメートレンズ 3,23 レーザビーム発生用光学素子 4 光軸 24 光偏向用ポリゴンミラー 25 バーコード 26 バーコードで散乱された信号光を集めるレンズ 27 信号検出用光検出器 33 レーザビーム発生用光学素子と光学的に等価なホ
ログラム 43 レーザビーム発生用光学素子と光学的に等価であ
り、かつコリメートレンズの機能を併せ持つホログラム
1, 21 Semiconductor laser 2, 22 Collimating lens 3, 23 Laser beam generating optical element 4 Optical axis 24 Polygon mirror for light deflection 25 Bar code 26 Lens for collecting signal light scattered by bar code 27 Photodetector for signal detection 33 Hologram Optically Equivalent to Laser Beam Generating Optical Element 43 Hologram Optically Equivalent to Laser Beam Generating Optical Element and Having Function of Collimating Lens

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G06K 7/12 G06K 7/12 B H01S 3/18 H01S 3/18 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location G06K 7/12 G06K 7/12 B H01S 3/18 H01S 3/18

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光軸に対し回転対称で、該光軸を含む面
で切った断面の稜線を表す曲線が光軸上で微分不可能な
非線形関数で表され、かつ該稜線の該光軸に近い箇所の
傾斜を大きくする一方、該稜線の該光軸から離れた箇所
の傾斜を小さくしてある光学素子からなるレーザビーム
発生用光学素子。
1. A curve which is rotationally symmetric with respect to the optical axis and which represents a ridgeline of a cross section taken along a plane including the optical axis is represented by a non-differentiable non-linear function on the optical axis, and the optical axis of the ridgeline. An optical element for generating a laser beam comprising an optical element in which the inclination of a portion near the optical axis is increased while the inclination of a portion near the optical axis is increased.
【請求項2】 前記光学素子と光学的に等価なホログラ
ムからなるレーザビーム発生用光学素子。
2. An optical element for generating a laser beam, which comprises a hologram optically equivalent to the optical element.
【請求項3】 前記光学素子の機能と、光源からの光を
平行光に変換するコリメートレンズとしての機能を併せ
持つホログラムからなるレーザビーム発生用光学素子。
3. A laser beam generating optical element comprising a hologram having the function of the optical element and the function as a collimating lens for converting light from a light source into parallel light.
【請求項4】 請求項1記載のレーザビーム発生用光学
素子を備えたバーコード読み取り装置であって、 該レーザビーム発生用光学素子の前記稜線の傾きの変化
の程度を変えることにより、該レーザビーム発生用光学
素子からの距離に対する集光スポット径の大きさの変化
の程度を調節でき、読み取り可能なバーコードの最小線
幅と、読み取り深度との関係を、該読み取り可能なバー
コードの最小線幅を縦軸にとって、該読み取り深度を横
軸にとって、両対数グラフで表したとき、傾きPが、下
記の条件を満足するように 0<P<1 設定したバーコード読み取り装置。
4. A bar code reading apparatus comprising the laser beam generating optical element according to claim 1, wherein the laser beam generating optical element changes the degree of inclination of the ridge of the laser beam generating optical element. The degree of change in the size of the focused spot diameter with respect to the distance from the beam generating optical element can be adjusted, and the relationship between the minimum line width of a readable barcode and the reading depth can be determined by the minimum readable barcode. A bar code reading apparatus in which the slope P satisfies 0 <P <1 so that the slope P satisfies the following conditions when the line width is plotted on the vertical axis and the reading depth is plotted on the horizontal axis.
【請求項5】 請求項2記載のレーザビーム発生用光学
素子を備えたバーコード読み取り装置であって、 読み取り可能なバーコードの最小線幅と、読み取り深度
との関係を、該読み取り可能なバーコードの最小線幅を
縦軸にとって、該読み取り深度を横軸にとって、両対数
グラフで表したとき、傾きPが、下記の条件を満足する
ように 0<P<1 設定したバーコード読み取り装置。
5. A bar code reading apparatus equipped with the optical element for generating a laser beam according to claim 2, wherein the relationship between the minimum line width of the readable bar code and the reading depth is indicated by the readable bar code. A bar code reading apparatus in which a slope P satisfies 0 <P <1 when the logarithmic graph is represented with the minimum line width of the code as the vertical axis and the reading depth as the horizontal axis.
【請求項6】 請求項3記載のレーザビーム発生用光学
素子を備えたバーコード読み取り装置であって、 読み取り可能なバーコードの最小線幅と、読み取り深度
との関係を、該読み取り可能なバーコードの最小線幅を
縦軸にとって、該読み取り深度を横軸にとって、両対数
グラフで表したとき、傾きPが、下記の条件を満足する
ように 0<P<1 設定したバーコード読み取り装置。
6. A bar code reading apparatus equipped with the laser beam generating optical element according to claim 3, wherein the bar code readable by the minimum line width and the reading depth of the bar code is readable. A bar code reading apparatus in which a slope P satisfies 0 <P <1 when the logarithmic graph is represented with the minimum line width of the code as the vertical axis and the reading depth as the horizontal axis.
【請求項7】 レーザ光源、該レーザ光源から出射され
た光を平行光に変換するコリメートレンズ及び請求項1
記載のレーザビーム発生用光学素子を備え、読み取り可
能なバーコードの最小線幅と、読み取り深度との関係
を、該読み取り可能なバーコードの最小線幅を縦軸にと
って、該読み取り深度を横軸にとって、両対数グラフで
表したとき、傾きPが、複数の要求仕様値を結ぶ直線の
傾きに対応する傾きに設定されているバーコード読み取
り装置。
7. A laser light source, a collimator lens for converting light emitted from the laser light source into parallel light, and
The laser beam generating optical element according to claim 1, wherein the minimum line width of a readable barcode and the reading depth are represented by the minimum line width of the readable barcode as the vertical axis and the reading depth as the horizontal axis. For example, the bar code reading device in which the slope P is set to a slope corresponding to the slope of a straight line connecting a plurality of required specification values when represented by a logarithmic graph.
【請求項8】 レーザ光源、該レーザ光源から出射され
た光を平行光に変換するコリメートレンズ及び請求項2
記載のホログラムを備え、読み取り可能なバーコードの
最小線幅と、読み取り深度との関係を、該読み取り可能
なバーコードの最小線幅を縦軸にとって、該読み取り深
度を横軸にとって、両対数グラフで表したとき、傾きP
が、複数の要求仕様値を結ぶ直線の傾きに対応する傾き
に設定されているバーコード読み取り装置。
8. A laser light source, a collimator lens for converting light emitted from the laser light source into parallel light, and
The above-mentioned hologram, and a logarithmic graph showing the relationship between the minimum line width of a readable barcode and the reading depth, with the minimum line width of the readable barcode as the vertical axis and the reading depth as the horizontal axis. When expressed by
However, the bar code reading device is set to an inclination corresponding to the inclination of a straight line connecting a plurality of required specification values.
【請求項9】 レーザ光源、該レーザ光源から出射され
た光を平行光に変換するコリメートレンズ及び請求項3
記載のホログラムを備え、読み取り可能なバーコードの
最小線幅と、読み取り深度との関係を、該読み取り可能
なバーコードの最小線幅を縦軸にとって、該読み取り深
度を横軸にとって、両対数グラフで表したとき、傾きP
が、複数の要求仕様値を結ぶ直線の傾きに対応する傾き
に設定されているバーコード読み取り装置。
9. A laser light source, a collimator lens for converting light emitted from the laser light source into parallel light, and
A logarithmic graph showing the relationship between the minimum line width of a readable barcode and the reading depth, including the hologram described in the above, with the minimum line width of the readable barcode as the vertical axis and the reading depth as the horizontal axis. When expressed by
However, the bar code reading device is set to an inclination corresponding to the inclination of a straight line connecting a plurality of required specification values.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017510535A (en) * 2014-01-27 2017-04-13 コーニング インコーポレイテッド Edge chamfering by mechanical processing of laser cut glass

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