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JPS5918753B2 - optical scanning device - Google Patents
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JPS5918753B2 - optical scanning device - Google Patents

optical scanning device

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Publication number
JPS5918753B2
JPS5918753B2 JP52055009A JP5500977A JPS5918753B2 JP S5918753 B2 JPS5918753 B2 JP S5918753B2 JP 52055009 A JP52055009 A JP 52055009A JP 5500977 A JP5500977 A JP 5500977A JP S5918753 B2 JPS5918753 B2 JP S5918753B2
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JP
Japan
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hologram
angle
laser beam
scanning
optical scanning
Prior art date
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Application number
JP52055009A
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Japanese (ja)
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JPS53139927A (en
Inventor
弘之 池田
護俊 安藤
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレーザ光走査を用いてラベル情報を読み取り読
取面上方の情報読取深度領域の拡大を図つた光走査装置
に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an optical scanning device that uses laser beam scanning to read label information and expands the information reading depth area above the reading surface.

最近、商品の底面または側面に添付されたラベルのバー
コードをレーザ光走査装置の1組のレーザ光走査線パタ
ーンで読み取る方式が用いられる。
Recently, a method has been used in which a barcode on a label attached to the bottom or side of a product is read using a set of laser beam scanning line patterns of a laser beam scanning device.

たとえば第1図に示すように、光走査装置10内の走査
点1よりレーザ光5を反射鏡2を介して読取窓3を通し
て斜上方に照射する。この際走査点1からビーム収束点
までの距離はほぼ一定にしているから読取有効領域(A
+B)のうち読取面上方の交差線領域Aしか利用されな
い。
For example, as shown in FIG. 1, a laser beam 5 is radiated obliquely upward from a scanning point 1 in an optical scanning device 10 via a reflecting mirror 2 and through a reading window 3. At this time, the distance from scanning point 1 to the beam convergence point is kept almost constant, so the effective reading area (A
+B), only the intersecting line area A above the reading surface is used.

従つて読取面下方の斜線領域Bは光走査装置10の内部
に入り商品のバーコードの読み取りには利用できないか
ら全体として読取領域を狭めている。本発明の目的はレ
ーザ光を用いてラベル情報を読み取り読取面上方の情報
読取深度領域の拡大を図つた光走査装置を提供すること
である。
Therefore, the shaded area B below the reading surface enters the interior of the optical scanning device 10 and cannot be used for reading the barcode of the product, thereby narrowing the reading area as a whole. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical scanning device that reads label information using laser light and expands the information reading depth region above the reading surface.

前記目的を達成するため、本発明の光走査装置はレーザ
光を用いて情報を読み取るためのレーザ走査光を装置の
内部から投射する光走査装置において、感光体上の球面
波と該感光体に垂直以外の角度で入射する平面波とを干
渉せしめて作成されたホログラムを使用し該ホログラム
にレーザ光を入射し該ホログラムにより偏向されるレー
ザ光の偏向角によつてレーザ光の結像距離が異なるよう
にしたレンズ系を具えたことを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the optical scanning device of the present invention is an optical scanning device that projects a laser scanning light for reading information using a laser beam from inside the device, and uses a spherical wave on a photoconductor and a laser beam on the photoconductor. A hologram created by interfering with a plane wave incident at an angle other than perpendicular is used, a laser beam is incident on the hologram, and the imaging distance of the laser beam varies depending on the deflection angle of the laser beam deflected by the hologram. The lens system is characterized by having a lens system as shown in FIG.

以下本発明の原理と実施例につき詳述する。The principle and embodiments of the present invention will be explained in detail below.

商品のバーコードを読み取るレーザ光走査装置のレンズ
系としてホログラムを用いることが提案されている。す
なわち光走査を行なうため、凸レンズを移動させるのと
同じ機能をコヒーレントな平面波と球面波を干渉させて
作つたフレネルゾーンプレート(FZP)によつて得ら
れる。しかし実際にFZPを作る場合平面波を用いなけ
ればならないところを球面波を用いるため、像面わん曲
収差が存在し、FZPを移動させた場合読取面上に光が
均等に収束しない。従つて第1図の場合、走査点1から
ビーム収束点までの距離がほぼ一定であるとしたが、実
際にはこの像面わん曲収差が存在するわけである。
It has been proposed to use a hologram as a lens system for a laser beam scanning device that reads product barcodes. That is, in order to perform optical scanning, the same function as moving a convex lens can be obtained by using a Fresnel zone plate (FZP) made by interfering a coherent plane wave and a spherical wave. However, when actually creating an FZP, a spherical wave is used instead of a plane wave, so there is field curvature aberration, and when the FZP is moved, light does not converge uniformly on the reading surface. Therefore, in the case of FIG. 1, it is assumed that the distance from the scanning point 1 to the beam convergence point is approximately constant, but in reality, this field curvature aberration exists.

本出願人は特願昭51−151618号(特開昭53−
75950号)により、この像面わん曲収差を補正する
ようなホログラムの作成方法を提案している。この方法
は感光体上で平面波と球面波とを所定の角度で干渉せし
めてホログラムを作成する方法において、該平面波と球
面波との間の角度を固定したまま、該感光体面に対して
平面波を傾斜して入射させる。いわゆるオフセツト法で
ある。以下にこの提案したオフセツト法について説明す
ると、第2図aに示すように、従来は平面波と球面波を
所定の角度θで且つ平面波を記録媒体Sに対して直角で
照射していた。これを本方法では、第2図bに示すよう
に平面波と球面波間の角度θはそのままで、例えば記録
媒体Sを角度Pだけ傾むけることにより平面波を傾むい
た角度で照射するようにした。ここで、平面波の方を傾
むける様にしてもよい。ホログラム作成時ホログラム面
に対して平面波を入射させたときの傾斜角Pとしたとき
、FZP作成時の平面波の入射角Pを変化させた場合の
中心偏向角β(x)と結像距離Zの関係を偏向倍率を色
々変えて計算した結果を第3図、第4図に示す。第3図
および第4図において、横軸は中心偏向角(度)、縦軸
は結像距離であり曲線P。
The present applicant is Japanese Patent Application No. 51-151618
No. 75950) proposed a method for creating a hologram that corrects this field curvature aberration. This method creates a hologram by making a plane wave and a spherical wave interfere with each other at a predetermined angle on a photoreceptor. Inject it at an angle. This is the so-called offset method. The proposed offset method will be explained below. As shown in FIG. 2a, in the past, a plane wave and a spherical wave were irradiated at a predetermined angle θ, and the plane wave was irradiated to the recording medium S at right angles. In this method, as shown in FIG. 2b, the angle θ between the plane wave and the spherical wave remains the same, but the recording medium S is tilted by an angle P, so that the plane wave is irradiated at the tilted angle. Here, the plane wave may be tilted. When the inclination angle is P when a plane wave is incident on the hologram surface when creating a hologram, the center deflection angle β(x) and the imaging distance Z when the incident angle P of the plane wave when creating the FZP is changed. The results of calculating the relationship by varying the deflection magnification are shown in FIGS. 3 and 4. In FIGS. 3 and 4, the horizontal axis is the central deflection angle (degrees), and the vertical axis is the imaging distance, which is a curve P.

,I)。は平面波と球面波の角度Pが0での場合、曲線
PlO,PlOは10のの場合、曲線Pl5,P′1,
は15平の場合を示す。第3図は偏向倍率Mが4であり
、第4図はMが8である。第3図および第4図において
、中心偏向角が200±5おの範囲で使用する場合、P
=0のときは、結像距離の変動が非常に大きく、とくに
第3図では15離のときと25にのときとでは、10倍
以上の差がある。しかしながら、P=10上およびP=
152の場合、ほとんど変動はない。
, I). When the angle P between the plane wave and the spherical wave is 0, the curves PlO, PlO is 10, the curves Pl5, P'1,
shows the case of 15 flats. In FIG. 3, the deflection magnification M is 4, and in FIG. 4, M is 8. In Figures 3 and 4, when using the central deflection angle in the range of 200±5, P
When =0, the variation in the imaging distance is very large, and in particular, in FIG. 3, there is a difference of more than 10 times between the distance of 15 and the distance of 25. However, on P=10 and P=
In the case of 152, there is almost no change.

これら第2図、第3図から次の事項が明確になつた。(
1)偏向倍率Mの値にかかわらず、所定の中心偏向角β
(x)に対して像面わん曲収差が最小となる傾斜角が存
在する。
The following points have become clear from these Figures 2 and 3. (
1) Regardless of the value of the deflection magnification M, the predetermined central deflection angle β
There exists an inclination angle with respect to (x) at which the field curvature aberration is minimum.

(2)最適傾斜角条件下での像面わん曲収差量は、偏向
倍率Mが大きくなるほど増大する。
(2) The amount of field curvature aberration under optimal tilt angle conditions increases as the deflection magnification M increases.

(3)最適傾斜角が増大するにしたがつて、最小結像距
離1minの値は減少する。
(3) As the optimal tilt angle increases, the value of the minimum imaging distance of 1 min decreases.

(4)光走査距離のFZP面上でのビーム径の値は、結
像距離lの値に大きな影響を与えない。
(4) The value of the beam diameter on the FZP surface of the optical scanning distance does not have a large effect on the value of the imaging distance l.

上記第1項に関しては、偏向倍率Mが一定であする場合
、最適傾斜角Pと中心偏向角β(x)との比P/β(x
)は不変であるということであるから、偏向倍率とP/
β(x)との関係を示すグラフを作成しておけば、光走
査装置における偏向倍率Mと、中心偏向角β(x)が設
計段階で決定すれば、FZPを作成する場合の最適傾斜
角Pがこのグラフからたちどころにわかる。
Regarding the first term above, when the deflection magnification M is constant, the ratio P/β(x
) remains unchanged, so the deflection magnification and P/
If you create a graph showing the relationship between β(x) and the deflection magnification M in the optical scanning device and the central deflection angle β(x), you can determine the optimal tilt angle when creating the FZP. P can be easily seen from this graph.

第3項に関しては、各偏向倍率Mについて、中心偏向角
β(x)=0偏の場合の結像距離lを基準とした結像距
離変動率(1mi乾1)の値を示したグラフを第5図に
示す。
Regarding the third term, for each deflection magnification M, a graph showing the value of the imaging distance variation rate (1mi dry 1) with the imaging distance l as the standard when the central deflection angle β(x) = 0 deviation is shown. It is shown in FIG.

この結果から、結像距離変動率は、中心偏向角および偏
向倍率が大きくなるほど増加して行くことがわかる。こ
れまで第2図をもとにしてX軸方向に関する像面わん曲
収差およびその収差が少なくなるような補正方法につい
て述べて来た。
This result shows that the imaging distance variation rate increases as the central deflection angle and deflection magnification increase. Up to now, based on FIG. 2, we have described the field curvature aberration in the X-axis direction and a correction method for reducing the aberration.

これに対してY軸方向では、傾斜角Pで入射する平面波
をY−Z平面に投影して考えればよい。この場合の傾斜
角P=0投となる。Y軸方向について中心偏向角β(x
)=0る,Y軸方向についてβ(y)=0は第2図に示
すようなFZP作成法を用いればよいことになる。これ
に対して、Y軸方向についても中心偏向角β(y)〉0
0の条件が必要な場合には、この方向についても上述の
如き補正の方法を適用すればよい。いずれにしてもY軸
方向、Y軸方向の像面わん曲収差およびその補正の方法
はそれぞれ独立に取り扱うことができる。本発明では像
面わん曲収差を補正するのでなく、上記のホログラムを
使用すれば、レーザ光の偏光角により、レーザ光の結像
点が自由に変化できるレンズ系が構成できる点を積極的
に利用して光走査装置のラベル情報読取領域を読取面の
上方に設定するのに適合した像面わん曲収差をもたせる
ことにより、情報読取領域の拡大を図つたものである。
On the other hand, in the Y-axis direction, a plane wave incident at an inclination angle P may be projected onto the YZ plane. In this case, the inclination angle P=0 throw. The central deflection angle β(x
)=0, β(y)=0 in the Y-axis direction can be obtained by using the FZP creation method as shown in FIG. On the other hand, also in the Y-axis direction, the central deflection angle β(y)〉0
If the condition of 0 is required, the above-mentioned correction method may be applied to this direction as well. In any case, the Y-axis direction, the field curvature aberration in the Y-axis direction, and the method of correcting the aberration can be handled independently. In the present invention, instead of correcting field curvature aberration, we actively emphasize the point that by using the above hologram, it is possible to construct a lens system in which the focal point of the laser beam can be freely changed depending on the polarization angle of the laser beam. The information reading area is expanded by providing field curvature aberration suitable for setting the label information reading area of the optical scanning device above the reading surface.

第6図は本発明の実施例の要部の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of main parts of an embodiment of the present invention.

同図では第1図と同様に、光走査装置10の1部を示す
ものであり、走査点1よりレーザ光5を反射鏡2を介し
て読取窓3に対して斜上方に照射している。第1図と異
なる点はレーザ走査光の偏向角に従う光収束点の軌跡す
なわち前述の像面わん曲収差を読取面に合わせるように
設定することである。従つて理想的には交差線を施した
領域Cがラベル情報読取領域となるようにする。これは
既提案のホログラムの作成方法を応用することにより、
所要の偏向角の範囲において所望の傾斜またはわん曲を
得ることは容易である。第7図は本発明のレンズ系とし
て既提案の方法により作成したホログラムの結像距離の
変化を実線Dで示し従来例によるホログラムの結像距離
の変化を点線Eで示して比較したものである。
Similar to FIG. 1, this figure shows a part of the optical scanning device 10, in which a laser beam 5 is irradiated obliquely upward from a scanning point 1 to a reading window 3 via a reflecting mirror 2. . The difference from FIG. 1 is that the locus of the light convergence point according to the deflection angle of the laser scanning light, that is, the above-mentioned field curvature aberration, is set to match the reading surface. Therefore, ideally, the area C formed by the crossing lines should be the label information reading area. This is achieved by applying the previously proposed hologram creation method.
It is easy to obtain the desired slope or curvature within the required range of deflection angles. FIG. 7 is a comparison in which the solid line D shows the change in the imaging distance of a hologram created by the method already proposed for the lens system of the present invention, and the dotted line E shows the change in the imaging distance of the hologram according to the conventional example. .

光偏向角は200±100の範囲内で従来例の点線Eが
結像距離がほぼ一定となるように選定されるのに対し、
本発明の実線Dで(ゴ故意に傾斜をつけて第6図の情報
読取領域の下端がほぼ読取面3に合致するようにしたも
のである。従つてこの領域Cは第1図の場合の対応する
領域Aより拡大される。次に第8図により、本発明に用
いるレンズ系の一例を説明する。図中6はディスク、7
a,7bはホログラム板、8は走査面(読取面)、9は
走査パターンである。
The optical deflection angle is selected within the range of 200±100, and the dotted line E in the conventional example is selected so that the imaging distance is almost constant.
The solid line D of the present invention is intentionally sloped so that the lower end of the information reading area in FIG. It is enlarged from the corresponding area A. Next, an example of the lens system used in the present invention will be explained with reference to FIG. 8. In the figure, 6 is a disk, 7
A and 7b are hologram plates, 8 is a scanning surface (reading surface), and 9 is a scanning pattern.

ディスク6にはホログラム板7aと7bがそれぞれ埋め
込まれている。 、ホログラム板7aは走査線9a
を描き、ホログラム板7b1,7b2,7b3・・・・
・・は走査線9b1,9b2,9b3・・・・・・を描
く。
Hologram plates 7a and 7b are embedded in the disk 6, respectively. , the hologram plate 7a has a scanning line 9a
Draw hologram plates 7b1, 7b2, 7b3...
... draws scanning lines 9b1, 9b2, 9b3...

ここで走査面8は図のようにわん曲しており、第6図に
示す領域Cと対応する。
Here, the scanning plane 8 is curved as shown, and corresponds to area C shown in FIG.

作用を説明すると、ディスク6は図示しないモータによ
り矢印A方向に回転する。
To explain the operation, the disk 6 is rotated in the direction of arrow A by a motor (not shown).

この場合、まずホログラム板7aが光ビーム5aを横方
向に横切る。これにより、ホログラム板7aの焦点が横
方向に移動するので光ビームは横方向に移動し走査線9
aを描く。さらにディスク6が回転すると今度(ゴホロ
グラム7b1が光ビーム5bを縦方向に横切る。
In this case, the hologram plate 7a first crosses the light beam 5a laterally. As a result, the focal point of the hologram plate 7a moves in the lateral direction, so the light beam moves in the lateral direction and the scanning line 9
Draw a. When the disk 6 further rotates, the go hologram 7b1 crosses the light beam 5b in the vertical direction.

これにより、ホログラム板7b1の焦点が縦方向に移動
するので光ビームも縦方向に移動し走査線9b1を描く
。次いでホログラム板7b2,7b3が連続して光ビー
ム5bを横切るので同様にして走査線9b2,9b3を
描く。
As a result, the focal point of the hologram plate 7b1 moves vertically, and the light beam also moves vertically to draw a scanning line 9b1. Next, since the hologram plates 7b2 and 7b3 successively cross the light beam 5b, scanning lines 9b2 and 9b3 are drawn in the same manner.

以上のようにして走査パターン9が描かれる。The scanning pattern 9 is drawn as described above.

ここで前述の如くホログラム板7aおよび7b,,7b
2,7b3・・・・・・の焦点距離は走査面8に応じて
わん曲したものを用いる。従つて走査面に沿つて走査線
を描くことが可能となる。
Here, as mentioned above, the hologram plates 7a and 7b, 7b
The focal lengths of 2, 7b3, . . . are curved according to the scanning plane 8. Therefore, it is possible to draw a scanning line along the scanning plane.

以上説明したように、本発明によれば、レーザ走査光の
偏向角の範囲内で走査点からビーム収束点(結像点)ま
での距離が所定の傾斜曲線となるようにホログラムを作
成することにより、情報読取領域を読取面上に有効に形
成し、その領域を拡大し利用率を向上することができる
As explained above, according to the present invention, a hologram can be created such that the distance from the scanning point to the beam convergence point (imaging point) forms a predetermined slope curve within the range of the deflection angle of the laser scanning light. Accordingly, it is possible to effectively form an information reading area on the reading surface, expand the area, and improve the utilization rate.

上述の実施例ではレンズ系としてホログラムを用いたが
同様の機能を有するレンズ系の組み合わせとしても本発
明を適用することができる。
Although a hologram is used as the lens system in the above embodiment, the present invention can also be applied to a combination of lens systems having similar functions.

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

第1図は従来例の説明図、第2図はFZPの作成系を示
す線図、第3図、第4図はPを変えた時の中心偏向角に
対する結像距離の変化を示す図、第5図は中心偏向角と
結像距離変動率の関係を示すグラフ、第6図は本発明の
実施例の要部説明図、第7図はレンズ系の特性説明図、
第8図は本発明に用いるレンズ系の一例であり、図中、
1は走査点、2は反射鏡、3は読取窓、5はレーザ走査
光、10は光走査装置を示す。
Fig. 1 is an explanatory diagram of a conventional example, Fig. 2 is a diagram showing the FZP creation system, Figs. 3 and 4 are diagrams showing changes in imaging distance with respect to the central deflection angle when P is changed, Fig. 5 is a graph showing the relationship between the central deflection angle and the imaging distance variation rate, Fig. 6 is an explanatory diagram of the main part of the embodiment of the present invention, Fig. 7 is an explanatory diagram of the characteristics of the lens system,
FIG. 8 shows an example of a lens system used in the present invention, and in the figure,
1 is a scanning point, 2 is a reflecting mirror, 3 is a reading window, 5 is a laser scanning beam, and 10 is an optical scanning device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 レーザ光を用いて情報を読み取るためのレーザ走査
光を装置の内部から投射する光走査装置において、感光
体上で球面波と該感光体に垂直以外の角度で入射する平
面波とを干渉せしめて作成されたホログラムを使用し該
ホログラムにレーザ光を入射して該ホログラムにより偏
向されるレーザ光の偏向角によつてレーザ光の結像距離
が異なるようにしたレンズ系を具えたことを特徴とする
光走査装置。
1. In an optical scanning device that projects laser scanning light from inside the device to read information using a laser beam, a spherical wave on a photoconductor interferes with a plane wave that is incident on the photoconductor at an angle other than perpendicular to the photoconductor. It is characterized by comprising a lens system that uses the created hologram and makes the imaging distance of the laser beam vary depending on the deflection angle of the laser beam that is deflected by the hologram by making the laser beam incident on the hologram. optical scanning device.
JP52055009A 1975-06-10 1977-05-13 optical scanning device Expired JPS5918753B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP52055009A JPS5918753B2 (en) 1977-05-13 1977-05-13 optical scanning device
US05/859,183 US4235504A (en) 1975-06-10 1977-12-09 Holographic disk scanner

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP52055009A JPS5918753B2 (en) 1977-05-13 1977-05-13 optical scanning device

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US4591242A (en) * 1984-02-13 1986-05-27 International Business Machines Corp. Optical scanner having multiple, simultaneous scan lines with different focal lengths

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