DE69425319T2

DE69425319T2 - OPTISCHE VORRICHTUNG FüR KODELESER

Info

Publication number: DE69425319T2
Application number: DE69425319T
Authority: DE
Inventors: Chiaki Kojima; Tadashi Taniguchi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-08-17
Filing date: 1994-08-12
Publication date: 2001-01-18
Anticipated expiration: 2014-08-13
Also published as: WO1995005641A1; CA2146924A1; DE69425319D1; KR950703769A; CN1114515A; EP0669592A1; EP0669592A4; JP3603308B2; CN1045344C; EP0669592B1

Description

Technisches Gebiet:

Die Erfindung der vorliegenden Anmeldung bezieht sich auf eine optische Vorrichtung für einen Codeleser zum Lesen eines Codes, wie z. B. eines Strichcodes oder dgl., der auf der Packung oder dgl. eines Artikels aufgedruckt ist.

Stand der Technik:

Fig. 6 zeigt den Stand der Technik für eine optische Vorrichtung für einen Strichcodeleser als eines der Beispiele einer optischen Vorrichtung für einen Strichcodeleser (siehe z. B. die japanische Offenlegungsschrift JP-A-4.276.877). Bei diesem Stand der Technik wird das von einer Laserdiode 31 emittierte Laserlicht zuerst durch eine Kollimatorlinse 32 konvergiert, anschließend durch einen Schlitz 33 geformt und dadurch zu einem Laserstrahl 34 geformt, der einen elliptischen oder flachen ovalen Querschnitt hat.
Der Laserstrahl 34 wird sowohl durch einen rotierenden Polygonalspiegel 35 als auch durch eine Gruppe von reflektierenden Spiegeln 36 reflektiert, trifft auf einen zu lesenden Strichcode 37 und tastet diesen Strichcode 37 ab. Das von dem Strichcode 37 reflektierte Laserlicht wird durch eine Sammellinse 38 konvergiert und trifft auf eine Fotodiode 39. Der Strichcode 37 wird durch eine Umsetzung des empfangenen Lichtsignals in ein elektrisches Signal und eine darauffolgende Ausgabe durch die Fotodiode 39 gelesen.
Wie Fig. 6 entnommen werden kann, werden bei dem soweit erläuterten Stand der Technik einzelne Teile, wie z. B. die Laserdiode 31 als das lichtemittierende Element, die Fotodiode 39 als das lichtempfangende Element und dgl. zusammengesetzt und durch Kleben oder dgl. fixiert.
Da allerdings eine konventionelle optische Vorrichtung für einen Strichcodeleser mit zusammengesetzten verschiedenen Teilen Raum zum Kombinieren der Teile mit deren innewohnender Größe benötigte, bestand eine Beschränkung beim Reduzieren ihrer Größe und ihres Gewichts. Darüber hinaus verlangte eine derartige Vorrichtung eine hochpräzise Justierung der relativen Position zwischen den verschiedenen Teilen in der Größenordnung von etwa 10 um, und diese Justierung war nicht einfach, so daß die Produktionskosten hoch waren. Nachdem die Anordnung vervollständigt war, bestand darüber hinaus die Möglichkeit einer Veränderung der relativen Position zwischen den einzelnen Teilen mit dem Alter, und dies hatte eine Beschränkung in der Zuverlässigkeit zur Folge.
Das Dokument EP-A-0 199 565 repräsentiert ferner den Oberbegriff des Anspruchs 1 und offenbart eine Halbleiter-Laservorrichtung für optische Köpfe, welche ein lichtemittierendes Element, ein mit einer reflektierenden Schicht versehenes und einen Strahlteiler bildendes Prisma, ein lichtkonvergierendes Element und ein Lichtempfangselement aufweist.

Beschreibung der Erfindung:

Die Erfindung der vorliegenden Anmeldung wurde in Hinsicht auf die oben erläuterten Umstände erzielt und hat eine Reduzierung der Größe, des Gewichts und der Herstellungskosten sowie eine Verbesserung der Zuverlässigkeit einer optischen Vorrichtung für einen Codeleser zum Ziel.
Diese Aufgaben werden entsprechend der vorliegenden Erfindung durch eine optische Vorrichtung für einen Codeleser entsprechend dem Anspruch 1 gelöst.
Bei der optischen Vorrichtung für einen Codeleser entsprechend der Erfindung der vorliegenden Anmeldung sind ein lichtemittierendes Element, ein Prisma und ein Lichtempfangselement alte an einem Halbleitersubstrat befestigt, so daß eine Anordnung dieser Elemente in Höhe des Halbleiterchips möglich ist. Als ein Ergebnis davon ist nun sowohl eine Reduzierung der Größe als auch des Gewichts möglich; die Produktionskosten werden niedrig gehalten, da durch Verwendung der Hochpräzisions- Verpackungstechnologie für Halbleitervorrichtungen eine Justierung der relativen Position zwischen jedem einzelnen Teil einfach durchgeführt werden kann; und darüber hinaus wird die Zuverlässigkeit erhöht, da eine Veränderung der relativen Position und dgl. mit dem Alter ausgeschlossen werden, da nunmehr ein Versiegeln dieser Elemente in einem Paket möglich ist.
Die numerische Apertur des lichtkonvergierenden Elements ist größer als diejenige einer reflektierenden Schicht, welche das Licht zum Bestrahlen des Codes reflektiert, so daß das gestreute Licht effektiv konvergiert werden kann, selbst wenn das auf den Code gerichtete Licht gestreut wird. Als Ergebnis davon kann der Code mit einer hohen Wahrscheinlichkeit gelesen werden und eine hohe Zuverlässigkeit wird erreicht, selbst wenn die Oberfläche des Bereichs, auf den der Code aufgedruckt ist, nicht flach und glatt ist.
Falls ein Achsen-Trennelement vorgesehen ist, ist die Freiheit der Anordnung des Lichtempfangselements größer. Darüber hinaus kann verhindert werden, daß das Licht, welches einmal durch den Code reflektiert und durch das Lichtempfangselement konvergiert wurde, nach dem Auftreffen auf die reflektierende Schicht zu dem lichtemittierenden Element zurückkehrt. Als Ergebnis davon kann sogar ein Halbleiterlaser oder dgl. als das lichtemittierende Element das Licht konstant den Code beleuchten lassen, so daß der Code mit einer hohen Wahrscheinlichkeit gelesen werden kann und eine hohe Zuverlässigkeit erreicht wird.
Wenn an dem Prisma eine lichtabsorbierende Schicht vorgesehen ist, kann verhindert werden, daß das Licht, welches einmal von dem lichtemittierenden Element unter einem größeren Winkel als die numerische Apertur der reflektierenden Schicht emittiert wurde, als Streulicht auf das Lichtempfangselement fällt, so daß der Code mit einem höheren Signal-zu-Rausch-Verhältnis gelesen werden kann. Als Ergebnis davon kann der Code mit einer höheren Wahrscheinlichkeit gelesen werden und eine höhere Zuverlässigkeit wird erreicht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels entsprechend der Erfindung der vorliegenden Anmeldung.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels entsprechend der Erfindung der vorliegenden Anmeldung.
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels entsprechend der Erfindung der vorliegenden Anmeldung.
Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht eines vierten Ausführungsbeispiels entsprechend der Erfindung der vorliegenden Anmeldung.
Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht eines fünften Ausführungsbeispiels entsprechend der Erfindung der vorliegenden Anmeldung.
Fig. 6 zeigt eine perspektivische Darstellung des Standes der Technik für die Erfindung der vorliegenden Anmeldung.

Beste Weise zur Ausführung der Erfindung.

Das erste bis fünfte Ausführungsbeispiel entsprechend der Erfindung der vorliegenden Anmeldung, welche sich auf eine optische Vorrichtung für einen Strichcodeleser bezieht, wird im folgenden mit Bezug auf die Fig. 1 bis 5 erläutert. Fig. 1 zeigt das erste Ausführungsbeispiel. Dieses erste Ausführungsbeispiel umfaßt ein komplexes optisches Element 11 für einen Strichcodeleser, eine lichtkonvergierende Linse 12 und einen drehbaren Spiegel 13.
Das komplexe optische Element 11 für einen Strichcodeleser enthält einen Halbleiterchip 14, wie z. B. einen Silicium-Chip oder dgl.; eine Fotodiode 15 ist in einem Bereich auf einer Oberfläche dieses Halbleiterchips 14 gebildet. Auf einem anderen Bereich des Halbleiterchips 14 als dem Bereich, in dem die Fotodiode 15 gebildet ist, ist eine Erhöhung 16 zum Einstellen einer Höhe befestigt; eine Laserdiode 21, welche Laserlicht 17 emittiert, ist auf der Erhöhung 16 befestigt.
Auf der Fotodiode 15 ist ein Prisma 22 befestigt, welches den Querschnitt eines rechtwinkligen Dreiecks hat und an seiner der Laserdiode 21 zugewandten Oberfläche 22a geneigt ist. Auf einem Bereich der geneigten Oberfläche 22a ist eine reflektierende Schicht 23 vorgesehen, welche entweder als Spiegel oder als Halbspiegel für das Laserlicht 17 fungiert; das auf den verbleibenden Bereich der geneigten Oberfläche 22a einfallende Laserlicht 17 wird vollständig durchgelassen.
Die reflektierende Schicht 23 ist so geformt, daß sie aus Sicht der Laserdiode 21 in Richtung des Prismas 22 eine Apertur darstellt; falls die Apertur beispielsweise kreisförmig ist, sieht die reflektierende Schicht 23 kreisförmig aus, wenn das Prisma 22 von der Laserdiode 21 aus betrachtet wird. Auf der anderen Seite besitzt die Linse 12 eine größere numerische Apertur als die durch die reflektierende Schicht 23 gebildete Apertur.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel, welches wie bisher beschrieben aufgebaut ist, wird das von der Laserdiode 21 emittierte Laserlicht 17 durch die reflektierende Schicht 23 aufwärts reflektiert, durch die Linse 12 konvergiert, ferner durch den Spiegel 13 reflektiert und auf den zu lesenden Strichcode 24 fokusiert. In dieser Zeit wird der Spiegel 13 gedreht und das Laserlicht 17 tastet über den Strichcode 24.
Das durch den Strichcode 24 reflektierte Laserlicht 17 wird durch den Spiegel 13 reflektiert, durch die Linse 12 konvergiert und fällt auf die geneigte Oberfläche 22a. Das auf andere Bereiche als auf den Bereich der reflektierenden Schicht 23 auf der geneigten Oberfläche 22a fallende Laserlicht 17 transmittiert durch die geneigte Oberfläche 22a und fällt auf die Fotodiode 15.
Das auf den Bereich der reflektierenden Schicht 23 auf der geneigten Oberfläche 22a fallende Laserlicht wird in Richtung der Laserdiode 21 reflektiert, falls die reflektierende Schicht 23 ein Spiegel ist; falls die reflektierende Schicht 23 ein Halbspiegel ist, fällt ein Teil des Laserlichts 17 auf die Fotodiode 15 während der Rest in Richtung der Laserdiode 21 reflektiert wird.
In diesem Fall variiert die Menge des auf die Fotodiode 15 einfallenden Laserlichts 17 in Abhängigkeit von dem Reflektionsvermögen des Strichcodes 24, so daß der Strichcode 24 über dieses Signal erkannt werden kann. Die Frage, ob ein Spiegel oder ein Halbspiegel für die reflektierende Schicht 23 verwendet werden sollte, oder, falls ein Halbspiegel verwendet wird, wie groß sein Reflektionsvermögen sein sollte, wird durch Berücksichtigen der Höhe der Streuung des Laserlichts 17 durch den Strichcode 24 beantwortet; das Reflektionsvermögen der reflektierenden Schicht 23 sollte mit einer ansteigenden Höhe der Streuung vergrößert werden.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird lediglich die Fotodiode 15 auf dem Halbleiterchip 14 gebildet. Zusätzlich zu der Fotodiode 15 können allerdings auch ein Spannungsumsetzer für einen Signalstrom, ein Analog-zu-Digital-Umsetzer zum Umsetzen eines Analogsignals in ein Digitalsignal und dgl. darauf gebildet werden.
Fig. 2 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel. Während das oben erläuterte erste Ausführungsbeispiel ein 1-Achsen-Typ ist, bei dem die optische Achse des Laserlichts 17, welches durch den Strichcode 24 reflektiert wird und auf die Linse 12 fällt, mit derjenigen des Laserlichts 17, welches durch diese Linse 12 konvergiert wird, übereinstimmt, ist das zweite Ausführungsbeispiel von einem Außerachsen- (Offaxis) oder Achsentrenn-Typ, bei dem diese Achsen nicht zusammenfallen und die Fotodiode nicht unter dem Prisma 22 angeordnet ist.
Hierfür ist in dem zweiten Ausführungsbeispiel ein Prisma 25, das in seinem Zentralbereich ein Durchgangsloch 25a hat, relativ zu der Linse 12 auf der Seite eines komplexen optischen Elements 11 für einen Strichcodeleser angeordnet. Dementsprechend tritt das von der Laserdiode 21 emittierte und durch die reflektierende Schicht 23 reflektierte Laserlicht 17 gerade durch das Durchgangsloch 25 und fällt auf die Linse 12; das durch den Strichcode 24 gestreute und durch die Linse 12 konvergierte Laserlicht 17 wird durch das Prisma 25 abgelenkt und fällt auf die Fotodiode 15.
Fig. 3 zeigt das dritte Ausführungsbeispiel. Dieses dritte Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen in gleicher Weise wie das zweite Ausführungsbeispiel aufgebaut, außer, daß ein Hologramm 26, das in seinem Zentralbereich ein Durchgangsloch 26a hat, anstelle des Prismas 25 verwendet wird; das dritte Ausführungsbeispiel hat dieselbe Funktion wie das zweite Ausführungsbeispiel.
Fig. 4 zeigt das vierte Ausführungsbeispiel. Dieses vierte Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen auf gleiche Weise wie das in Fig. 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel aufgebaut, außer, daß ein Hologramm 27 die gleiche Funktion hat, wie die Linse 12 und das Hologramm 26. D. h., der Zentralbereich 27a des Hologramms 27 hat eine konvergierende Wirkung, während lediglich der umgebende Bereich 27b sowohl die konvergierende als auch die brechende Wirkung hat.
Fig. 5 zeigt das fünfte Ausführungsbeispiel. Das fünfte Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen auf die gleiche Weise wie das zweite bis vierte Ausführungsbeispiel aufgebaut, außer, daß die Fotodiode 15 auf einem anderen Halbleiterchip 28 als dem Halbleiterchip 14 gebildet wird und daß der Halbleiterchip 28 in einem anderen Bereich als dem Bereich unterhalb des Prismas 22 innerhalb des Halbleiterchips 14 angeordnet ist, während in dem oben erwähnten zweiten bis vierten Ausführungsbeispiel die Fotodiode 15 innerhalb des Halbleiterchips 14 in einem anderen Bereich als dem Bereich unterhalb des Prismas 22 angeordnet ist.
Falls bei dem oben erwähnten zweiten bis vierten Ausführungsbeispiel an der vertikalen Oberfläche 22b des Prismas 22 auf der Seite der Fotodiode 15 eine lichtabsorbierende Schicht (in den Figuren nicht dargestellt) vorgesehen ist, kann das von der Laserdiode 21 unter einem größeren Winkel als der numerischen Apertur der reflektierenden Schicht 23 emittierte Licht 17 davon abgehalten werden, als Streulicht auf die Fotodiode 15 zu fallen.
Bei allen oben erwähnten ersten bis fünften Ausführungsbeispielen betrifft die Erfindung der vorliegenden Anmeldung eine optische Vorrichtung für einen Strichcodeleser. Selbstverständlich kann die Erfindung der vorliegenden Anmeldung auch auf optische Vorrichtungen zum Lesen eines anderen Codes als eines Strichcodes, beispielsweise eines Carla-Codes oder dgl. verwendet werden.

Industrielle Anwendbarkeit:

Die optische Vorrichtung für einen Codeleser entsprechend der Erfindung der vorliegenden Anmeldung kann als eine optische Vorrichtung zum Lesen verschiedener Codes wie z. B. eines Strichcodes, eines Carla-Codes und dgl., welche in POS- Systemen, körperlichen Verteilungs-/Management-Systemen, Produktions-Steuerungs- und Regelsystemen usw. zum Einsatz kommen, verwendet werden.

Claims

1. Optische Vorrichtung für einen Codeleser mit

einem lichtemittierenden Element (21), das relativ zu einem Halbleitersubstrat (14) befestigt ist und Licht zum Beleuchten eines Codes (24) emittiert;

einem Prisma (22), das relativ zu dem Halbleitersubstrat (14) befestigt ist und mit einer reflektierenden Schicht (23) versehen ist, die den Code (24) beleuchtet, wenn sie das von dem lichtemittierenden Element (21) emittierte Licht reflektiert;

einem konvergierenden Element (12; 27), welches das von der reflektierenden Schicht (23) reflektierte Licht und das von dem Code (24) reflektierte Licht konvergiert; und

einem Lichtempfangselement (15), welches relativ zu dem Halbleitersubstrat (14) befestigt ist und das von dem Code (24) reflektierte und durch das konvergierende Element (12; 27) konvergierte Licht empfängt,

dadurch gekennzeichnet,

daß die reflektierende Schicht (23) derart geformt ist, daß sie aus Sicht des lichtemittierenden Elements (21) in Richtung des Prismas (24) ein Fenster bildet, und daß das konvergierende Element (12; 27) das reflektierte Licht derart konvergiert, daß der auf die reflektierende Schicht (23) treffende Lichtstrahl breiter als die Oberfläche der reflektierenden Schicht (23) ist.

2. Optische Vorrichtung für einen Codeleser nach Anspruch 1, aufweisend ein Achsen-Trennelement (25; 26; 27), welches die Achse des von dem Code (24) reflektierten und durch das konvergierende Element (12; 27) konvergierten Lichts von einer Achse des von der reflektierenden Schicht (23) reflektierten und auf das konvergierende Element (12; 27) fallenden Lichts trennt.

3. Optische Vorrichtung für einen Codeleser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Achsen-Trennelement entweder ein Prisma (25) oder ein Hologramm (26; 27) ist.

4. Optische Vorrichtung für einen Codeleser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hologramm (27) gleichzeitig das konvergierende Element ist.

5. Optische Vorrichtung für einen Codeleser nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß das Lichtempfangselement (15) innerhalb des Halbleitersubstrats (14) an einer anderen Stelle als das Prisma (22) angeordnet ist;

und daß innerhalb des Prismas (22) an einer Prismenoberfläche (22b) auf der Seite des Lichtempfangselements (15) eine lichtabsorbierende Schicht vorgesehen ist.