JP2007026040A - 光学的情報読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高輝度で効率良く照明光を照射することができながらも、照明光学系の構成を簡単で安価に済ませる。
【解決手段】 本体ケース内に、読取対象に照明光を照射する照明光学系４、結像レンズ９及び受光センサを備え読取対象からの反射光を受光してバーコードを読取る受光光学系を設ける。照明光学系４を、指向角が広く高輝度の３個のＬＥＤ１１と、それらＬＥＤ１１からの光を集光して横長な帯状の照明光とする１個の照明用レンズ１２から構成する。照明用レンズ１２を、ベース部と、入射面側に位置し３個のＬＥＤ１１に夫々対応して入射面側に３個が横に並びＬＥＤ１１から発せられた光を集光する球面状レンズ部１４と、出射面側に位置し入射光を垂直方向（縦方向）に集光するシリンダレンズ部１３とを一体に有して構成する。各ＬＥＤ１１を、照明用レンズ１２の焦点位置に配置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、照明光源及び照明用レンズを有し、情報コードが記された読取対象に向けて照明光を照射する照明光学系を備えた光学的情報読取装置に関する。

例えば情報コードとしてのバーコード（一次元コード）を読取るハンディタイプのバーコードリーダは、読取口を有する本体ケース内に、読取対象（バーコードが印刷されたラベル）に対し横長な照明光を照射する照明光学系と、読取対象からの反射光を、結像レンズを介してＣＣＤセンサ等の受光センサより受光（撮像）する受光光学系とを備えて構成されている。前記照明光学系は、照明光源としての複数個のＬＥＤの前方に、プラスチック成形品からなるいわゆるかまぼこ型の照明用レンズを配置して構成される。この場合、読取口の近くでも遠くでも明るい光が得られるように、前記照明用レンズには、ＬＥＤからの光を縦方向に集光し、横方向には適度な照度分布となるように拡散させる機能が求められる。

具体的には、特許文献１には、バーコードリーダの照明光学系に用いられる照明用レンズとして、入射面側が、縦に延びる微細な凹凸を多数形成したレンチキュラーレンズとされ、出射面側が、円筒面からなるシリンダレンズとされたものが開示されている。また、この特許文献１では、照明光源として、指向角の狭い（例えば３０度以下）のＬＥＤが採用されている。更に、別の例として、特許文献２には、照明用レンズとして、ＬＥＤからの出射光を集光して横方向に均一な光とする第１のレンズと、その光を縦方向に集光して横長な帯状とする第２のレンズとの２個のレンズを備えたものが開示されている。
特開２００４−２６６６２１号公報 特許第２６９０１２５号公報

しかしながら、上記従来技術では、次のような改善すべき点があった。即ち、特許文献１に記載された照明用レンズでは、微細形状を有するレンチキュラーレンズを採用しているため、成形のために微細な型加工が必要となり、成形型の寿命も比較的短くなるため、コスト高を招いてしまうものとなっていた。また、照明光源として、指向角の狭い特殊なＬＥＤを採用しなければならない事情もあった。

一方、特許文献２に記載された照明用レンズでは、２個のレンズを用いているため、部品数が多く組付け工数も掛かってコスト高となると共に、装置全体の大型化を招いてしまう虞があった。さらに、高輝度の照明光を得るために光源となるＬＥＤの数を増やそうとしても、第１のレンズに近い位置に配置されたＬＥＤからの光は集光されるが、離れて配置されたＬＥＤからの光が集光されず、照明光の照射効率が低下する不具合がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、読取対象に向けて照明光を照射する照明光学系を備えるものにあって、高輝度で効率良く照明光を照射することができながらも、照明光学系の構成を簡単で安価に済ませることができる光学的情報読取装置を提供するにある。

上記目的を達成するために、本発明の光学的情報読取装置は、照明光源及び照明用レンズを有し、読取対象に向けて照明光を照射する照明光学系を備えるものにあって、前記照明光源を、２個以上のＬＥＤを備えて構成し、前記照明用レンズを、入射面側に、前記各ＬＥＤに対応してそれらＬＥＤから発せられた光を集光するレンズ形状を備えると共に、出射面側に、入射光を情報コードの読取幅方向に対して垂直方向に集光するレンズ形状を備えるように構成したところに特徴を有する（請求項１の発明）。

この構成によれば、照明光学系においては、複数個のＬＥＤから発せられた光は、夫々照明用レンズの入射面側に入射されて集光された後、照明用レンズの出射面により情報コードの読取幅方向に対して垂直方向に集光され、読取幅方向に横長な照明光として出射される。このとき、照明用レンズの入射面は、ＬＥＤからの光を拡散するのではなく集光する機能を有しているので、レンチキュラーレンズのような微細な形状が必要なく、比較的簡単なレンズ形状で済ませることができる。しかも、１個の照明用レンズで済ませることができる。さらに、照明用レンズの入射面側には、各ＬＥＤに対応して集光のためのレンズ形状が設けられるので、複数のＬＥＤからの光を効率良く照明光とすることができる。また、照明光源として、指向角の狭い特殊なＬＥＤを必要とすることなく、指向角の広い（例えば９０°以上）の高輝度のＬＥＤを採用することが可能となる。

従って、読取幅方向に均等な照度分布を有し、読取口の近くでも遠くでも明るい照明光が得られるようになる。この結果、請求項１の発明によれば、読取対象に向けて照明光を照射する照明光学系を備えるものにあって、高輝度で効率良く照明光を照射することができながらも、照明光学系の構成を簡単で安価に済ませることができるという優れた効果を得ることができるものである。

このとき、より具体的には、前記照明用レンズの入射面側を、前記各ＬＥＤに対応して、それらＬＥＤ側に凸となる球面又は非球面の曲面状に構成することができる（請求項２の発明）。これにより、各ＬＥＤから発せられた光を入射面側の曲面状の凸により夫々集光することができ、効率の良い照明光を生成することができる。しかも、照明用レンズに微細形状が必要なくなり、成形型の寿命を長くすることができる。尚、照明用レンズの出射面側については、従来と同様の、円筒面状のレンズ（シリンダレンズ）を採用することができる。

また、前記各ＬＥＤを、前記照明用レンズの焦点位置に配置する構成とすることができ（請求項３の発明）、これにより、平行光からなる照明光を出射することが可能となる。或いは、前記各ＬＥＤを、前記照明用レンズと、該照明用レンズの焦点位置との間に配置する構成としても良く（請求項４の発明）、これにより、先方にいくほど拡がるような照明光を得ることができる。

以下、本発明を、バーコード（一次元コード）を読取るハンディタイプのバーコードリーダ（バーコードハンディターミナル）に適用した一実施例について、図面を参照しながら説明する。本実施例に係る光学的情報読取装置たるバーコードリーダ１は、図４にその外観を示すように、ユーザが片手で持って操作可能な大きさの縦長形状をなす本体ケース２内の先端側に、ラベル等の読取対象Ｒに記録された情報コードとしてのバーコードＢを読取るための読取機構３（図３参照）を配設して構成される。

図３に示すように、前記読取機構３は、読取対象Ｒに向けて横長な帯状の照明光Ｌを照射する照明手段としての照明光学系４、読取対象Ｒからの反射光を受光（撮像）しバーコードＢを読取る受光手段としての受光光学系５、更に、図示はしないが、読取対象Ｒに対して読取位置を示すマーカ光を照射するマーカ光学系を備えて構成される。照明光学系４及び受光光学系５については後述する。

図４に示すように、前記本体ケース２の先端面には、横長な矩形状をなし透光性を有する読取口２ａが設けられている。また、本体ケース２の上面部には、表示部６やキー操作部７が設けられ、本体ケース２の左右の側面部には、読取指示用のトリガキー８が設けられている。さらに、これも図示はしないが、前記本体ケース２内には、全体の制御や読取ったバーコードＢのデコード処理等を行う制御回路、外部との通信を行うための通信回路、駆動電源となる二次電池等が設けられている。

前記受光光学系５は、図３に示すように、本体ケース２内の先端側に配設された例えばＣＣＤエリアセンサ（或いはＣＣＤラインセンサ）からなる受光センサ９と、その受光センサ９の前方に配置された結像レンズ１０とを備えて構成されている。詳しく図示はしないが、前記結像レンズ１０は、例えば鏡筒内に複数枚のレンズを配設して構成される。この受光光学系５の読取光軸Ｏは、前記読取口２ａの中心を該読取口２ａ面に直交する状態（水平状態）で延びている。また、受光光学系５は、横長な読取視野を有している。

さて、前記照明光学系４について、図１、図２、図５も参照して述べる。この照明光学系４は、図１に示すように、照明光源としての２個以上（複数個）のＬＥＤ１１と、その前部に位置しそれらＬＥＤ１１からの光を集光して横長な帯状の照明光Ｌとする１個の照明用レンズ１２とを備えて構成される。このとき、図１に示すように、照明光学系４は、前記結像レンズ９の左右の側部に位置して、２組が、読取光軸Ｏに対して左右対称的に設けられている。前記ＬＥＤ１１は、この場合、指向角が広く（９０°以上例えば１１０°）、高輝度を有した汎用のＬＥＤが採用され、３個が横方向に並んで設けられている。

そして、前記照明用レンズ１２は、次のように構成されている。即ち、図２にも示すように、この照明用レンズ１２は、透明プラスチックの成形品からなり、前記３個が並んだＬＥＤ１１に対応した横長形状に構成されている。この照明用レンズ１２は、入射面側（ＬＥＤ１１を向く側）に、各ＬＥＤ１１に対応してそれらＬＥＤ１１から発せられた光を集光するレンズ形状を備えると共に、出射面側（前面側）に、入射光をバーコードＢの読取幅方向（バーの並ぶ方向）に対して垂直方向（縦方向）に集光するレンズ形状を備えて構成される。

具体的には、図２に示すように、この照明用レンズ１２は、横長な矩形薄板状をなすベース部１２ａと、その前面側に位置するシリンダレンズ部１３と、ベース部１２ａの後面側に位置するこの場合３個の球面状レンズ部１４とを一体に有して構成されている。前記シリンダレンズ部１３は、ベース部１２ａの前面において横方向ほぼ全体に延び、軸方向を横方向とした円筒面状（いわゆるかまぼこ型）に構成されている。前記球面状レンズ部１４は、後方（ＬＥＤ１１側）に凸となる球面状（ドーム状）に構成され、前記３個のＬＥＤ１１に夫々対応（対向）して３個が横に並んで設けられている。

また、本実施例では、前記各ＬＥＤ１１は、照明用レンズ１２の後方の焦点位置に配置されるようになっている。このとき、図５にいわゆるかまぼこ型のレンズＡについて例示するように、幾何光学の一般式において、レンズＡの焦点距離をｆ、出射面のレンズ曲率をｒ１、入射面のレンズ曲率をｒ２、レンズＡの屈折率をＮとすると、
（１／ｆ）＝（Ｎ−１）｛（１／ｒ１）−（１／ｒ２）｝
の関係がある。そして、焦点距離ｆの位置に光源ｐを配置すれば、レンズＡの出射面から出射される光が、縦方向に拡がりのない平行光となることが知られている。

以上のように構成された照明光学系４により、次の作用説明でも詳述するように、ＬＥＤ１１から発せられた光が照明用レンズ１２により集光され、横方向（読取幅方向）に広がると共に縦方向には細い帯状の照明光Ｌとして、前記読取口２ａから前方（図３で左方）に向けて出射される。これにて、読取対象Ｒに対して読取幅方向に長い照明光Ｌが照射されるようになっている。このとき、左右の照明光学系４（照明用レンズ１２）から出射される照明光Ｌの照明光軸は、前記受光光学系５の読取光軸Ｏを含む光学的平面と同一の光学的平面内（水平面内）に位置されるようになっている。尚、この照明光Ｌは、バーコードＢの読取り時（画像取込み時）に点灯されるようになっている。

次に、上記構成の作用について述べる。バーコードリーダ１によりバーコードＢを読取るにあたっては、ユーザは、本体ケース２を読取対象Ｒから適当な距離だけ離した状態で、その読取口２ａを、横長のバーコードＢが記録された読取対象Ｒに対してほぼ平行となるように向ける。この場合、図示しないマーカ光が読取対象Ｒに照射されることによって、ユーザは、読取口２ａと読取対象Ｒとの位置合せを行うことができる。

そして、その状態で、トリガキー８のオン操作が行われると、図４に示すように、マーカ光が消灯された上で、ＬＥＤ１１が点灯され、照明光学系４により読取口２ａを通してバーコードＢ部分に横長な帯状の照明光Ｌが照射される。そして、バーコードＢからの反射光が読取口２ａを通して入射されて結像レンズ１０を介して受光センサ９上に結像され、以てバーコードＢが読取られる。このとき、照明光軸と読取光軸Ｏとが同一の光学的平面内（水平面内）に配置されることによって、良好な読取りが行われる。

ここで、上記した照明光学系４においては、各ＬＥＤ１１から前方に向けて発せられた光は、指向角が広く円形状に拡散するような光として、照明用レンズ１２に入射されるようになる。そして、その入射光が、入射面側の球面状レンズ部１４によって集光されるようになり、その状態で照明用レンズ１２内を通り、さらに、出射面側のシリンダレンズ部１３によって縦方向に集光され、読取幅方向に横長な照明光Ｌとして出射される。また、照明光Ｌは、縦方向に関して拡がりのない（ごく少ない）平行光として出射されるようになる。

このとき、照明用レンズ１２の入射面側に、３個のＬＥＤ１１に夫々対応した集光用の球面状レンズ部１４が設けられているので、全てのＬＥＤ１１からの光を効率良く照明光Ｌとすることができ、しかも、指向角の広い高輝度のＬＥＤ１１を採用することが可能となった。これにより、読取口２ａの近くでも遠くでも明るく、横方向に適度（均一）な照度分布となった照明光Ｌを得ることができた。

そして、本実施例の照明用レンズ１２は、入射面側に球面状レンズ部１４を備えるので、レンチキュラーレンズを採用したものと異なり、微細な形状が必要なく、比較的簡単なレンズ形状で済ませることができる。これに伴い、照明用レンズ１２の成形のための型形状も簡単となり、成形型の寿命を長くすることができ、ひいては照明用レンズ１２の製造コストを安価に済ませることができる。しかも、複数枚のレンズを用いるものと異なり、１個の照明用レンズ１２で済ませることができるので、本体ケース２内にコンパクトに配設することができ、構成の複雑化や装置全体の大型化を抑えることができる。

このように本実施例によれば、照明光学系４を構成する照明用レンズ１２を、入射面側に各ＬＥＤ１１に対応した球面状レンズ部１４を一体に設けると共に、出射面側にシリンダレンズ部１３を一体に設けて構成したので、高輝度で効率良く照明光Ｌを照射することができながらも、照明光学系４の構成を簡単で安価に済ませることができるという優れた効果を得ることができる。また、照明光源として、指向角の広い高輝度のＬＥＤ１１を採用することができるものである。

尚、上記実施例では、各ＬＥＤ１１を照明用レンズ１２の焦点位置に配置するように構成したが、各ＬＥＤを、照明用レンズと該照明用レンズの焦点位置との間に配置する構成としても良く、これによれば、先方にいくほど拡がるような照明光を得ることができる。また、上記実施例では、照明用レンズ１２の入射面側に球面状レンズ部１４を設けるようにしたが、球面に限らず、非球面（例えば放物線を描くような曲面）状であっても良く、各ＬＥＤからの光を集光するレンズ形状であれば様々な形状を採用することができる。その他、ＬＥＤの個数や指向角などについても一例を示したに過ぎない等、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。

本発明の一実施例を示すもので、照明光学系部分の構成を概略的に示す平面図 照明用レンズの構成を示す背面図（ａ）、平面図（ｂ）、側面図（ｃ） バーコードリーダの先端側の内部構成を示す縦断側面図 読取対象に照明光を照射している様子を概略的に示す図 レンズの曲率と焦点距離との関係を示す図

符号の説明

図面中、１はバーコードリーダ（光学的情報読取装置）、２は本体ケース、４は照明光学系、５は受光光学系、９は受光センサ、１０は結像レンズ、１１はＬＥＤ（照明光源）、１２は照明用レンズ、１３はシリンダレンズ部、１４は球面状レンズ部、Ｌは照明光、Ｒは読取対象を示す。

Claims (4)

1. 照明光源及び照明用レンズを有し、情報コードが記された読取対象に向けて照明光を照射する照明光学系を備えた光学的情報読取装置であって、
   前記照明光源は、２個以上のＬＥＤを備えて構成され、
   前記照明用レンズは、入射面側に、前記各ＬＥＤに対応してそれらＬＥＤから発せられた光を集光するレンズ形状を備えると共に、出射面側に、入射光を前記情報コードの読取幅方向に対して垂直方向に集光するレンズ形状を備えることを光学的情報読取装置。
2. 前記照明用レンズの入射面側は、前記各ＬＥＤに対応して、それらＬＥＤ側に凸となる球面又は非球面の曲面状に構成されていることを特徴とする請求項１記載の光学的情報読取装置。
3. 前記各ＬＥＤは、前記照明用レンズの焦点位置に配置されることを特徴とする請求項１または２記載の光学的情報読取装置。
4. 前記各ＬＥＤは、前記照明用レンズと、該照明用レンズの焦点位置との間に配置されることを特徴とする請求項１または２記載の光学的情報読取装置。
   
   

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