JP2009048549A - バーコード読み取り装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化されたバーコード読み取り装置は、構成部品が小型であり、製造誤差や組み立て誤差が大きく影響し、レーザ光の出射光と戻り光の光路上に配置される出射絞り及び視野絞りが別体であるため、製造及び調整に手間が掛かっている。
【解決手段】レーザ光源から走査ユニットとの間の光路で、出射されたレーザ光が出射される出射光路上と、バーコードから反射して戻る戻り光の戻り光路上に跨るように、出射絞り用透孔と視野絞り用透孔が一体的に形成される絞り部材を配置するバーコード読み取り装置である。
【選択図】 図１Ｂ

Description

本発明は、バーコード等のシンボルにレーザ光を照射し、反射した戻り光を受光して、シンボルから情報を読み取るバーコード読み取り装置に関する。

一般に、バーコードは、バーコード読み取り装置によって読み取られ、記録された情報が生成されている。バーコード読み取り装置は、レーザダイオード（ＬＤ）等のレーザ光源からレーザ光を走査するように照射し、反射した情報を含む戻り光（反射光）をフォトディテクタ（ＰＤ）等の受光素子で受光する。受光素子は、受光した戻り光を光電変換して検出信号を生成する。検出信号は、復号化されて情報として認識される。

ユーザは、読み取るべきバーコードを狙ってバーコード読み取り装置を向け、レーザ光を照射する。その戻り光を受光する際に、その場の環境により他の不要な周囲光、例えば照明光や太陽光が、戻り光に混入された場合には、ノイズが大きくなり、正しく情報が読み取れない事態が発生する。これを防止するバーコード読み取り装置として、例えば、特許文献１には受光面の範囲（透孔）以外を覆う遮光部を設けた構成が提案されている。また、この構成において、レーザダイオードから出射されたレーザ光は、コリメータレンズを通して平行光束に偏光され、絞り部により細いビーム状に成形されて照射されている。このバーコード読み取り装置は、これらの透孔や絞り部を設けることにより、小径のレーザ光を照射し、且つ他の不要な周囲光の入射を防止して正しく情報を読み取っている。
特開２００２−１８３６５８号公報

前述した特許文献１に開示されるような絞りをバーコード読み取り装置に搭載するためには、配置位置や実装する工程に注意が必要である。つまり、部品（部材）は、製造時に寸法誤差や動作のバラツキを有しているため、組み付け作業を行う場合には、正確な検査と微妙な調整が必須となっている。特に、小型化されたバーコード読み取り装置は、部品自体も小型であるため、組み立てる際に、より配慮が必要である。このため、小型化されるほど組み立て作業は繁雑になり、検査及び調整に工数も掛かり、結果コストアップを招いている。

例えば、図５には、レーザダイオードＬＤ１０１と受光素子ＰＤ１０２と偏向部材１０３との配置例を示している。ここでは、正面に照射される理想的なレーザ光の出射光と戻り光の光路（光軸）を有している場合のＬＤ出射絞り（絞り部）１０４とＰＤ視野絞り（透孔）１０５の配置状態を示している。尚、ＬＤ出射絞り１０４とレーザダイオード１０１の間には、コリメータレンズ１１１が配置され、視野絞り１０５と受光素子ＰＤ１０２の間には、バンドパスフィルタ１０６が配置されている。

前述したように実際の組み立て時には製造誤差が発生する。製造時に例えば、図６に示すように、レーザダイオード１０１のレーザ光の光軸が偏向部材に斜めに入射するように取り付けられていた場合には、正面にレーザ光が照射されるように、偏向部材１０３を回転させて出射光軸を正面にする調整が必要である。この調整により、出射光の光軸が平行にオフセットされる。

戻り光は出射光と同一の経路をたどるため、このように出射光がオフセットした場合、戻り光の光軸にも同様にオフセットが発生する。本来であれば、ＰＤ視野絞り１０５は、戻り光の集光スポットサイズと同一な径とすることで、不要な周囲光を最大限に排除できる設計が望ましい。しかし、戻り光軸にオフセットが発生した場合、オフセットした分だけＰＤ視野絞り１０５の位置を調整するための調整機構・調整作業を追加することは、組み立て工数の増加や製品の大型化、コストアップを招くため、実際には、外乱光の遮蔽効果が減じる不利益が発生するものの、ＰＤ視野絞り１０５の絞り径を大きくして、ＰＤ視野絞り１０５の調整機構や調整作業を廃止している。

また、レーザダイオード１０１の照射部の近傍にＬＤ出射絞り１０４及びコリメータレンズ１１１を配置した場合、それらを一纏めにした光源ユニットとしてのユニット設計が容易になる反面、焦点距離の短いコリメータレンズの採用により出射光軸の精度が悪くなる。そのため、出射光軸精度を改善するためには、レーザダイオード１０１の発光点から離れた位置にＬＤ出射絞り１０４及びコリメータレンズ１１１を配置し、かつ焦点距離の長いコリメータレンズ１１１を採用することが望まれている。

同様に、図７には、偏向部材１０３が回転方向に角度誤差を有して固定され、出射光が正面を指向していない状態を示している。従って、出射光軸に応じて反射光の光軸にも角度誤差が発生して入射することとなる。このような状態においては、前述した場合と同様に、ＰＤ視野絞り１０５を大型化せざるを得ない。

加えて図７の状態においては、入射した反射光がバンドパスフィルタ１０６に対して垂直に入射せずに入射角度をもっている。一般的に、バンドパスフィルタ１０６は多層膜コーティングによって所望の波長の光のみを通すように設計されているが、バンドパスフィルタ１０６を透過する光の波長許容範囲は入射角に依存しており、入射角にばらつきが生じることが見込まれる場合には、透過波長範囲の広いフィルタを用いざるを得なくなる。この場合、不要な波長の光も混入することとなり、期待するほどのＳ／Ｎ比改善効果を得ることができない。
そこで本発明は、上記課題に鑑み、低コストで光軸精度が向上され、且つ読取性能が向上されたバーコードスキャナを提供することを目的とする。

本発明の実施形態は、上記目的を達成するために、光束を出射する光源手段と、前記光源手段からの出射光を偏向させる偏向手段と、前記偏向手段によって偏向された出射光をバーコードに向けて走査させる走査手段と、前記バーコードからの戻り光を集光させる集光手段と、前記集光手段によって集光させられた戻り光を受光する受光手段と、を備え、さらに、前記偏向手段から前記走査手段の間の出射光路、及び前記集光手段から前記受光手段の間の戻り光路に対して跨って配置され、前記出射光路中には出射絞り用透孔が、前記戻り光路中には視野絞り用透孔がそれぞれ形成される一体成形絞り部材を設けたバーコード読み取り装置を提供する。

本発明によれば、低コストで光軸精度が向上され、且つ読取性能が向上されたバーコードスキャナを提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１Ａは、第１の実施形態のバーコード読み取り装置の全体の外観構成を示す斜視図、図１Ｂは、側壁部分を点線で示し内部構成を示す斜視図、図１Ｃは、背面側から見た外装部材（壁面部分）を取り外した時の内部構成を示す斜視図である。実際に作成したバーコード読み取り装置の大きさは、外寸が例えば、略幅２１ｍｍ、奥行き１４ｍｍ、高さ１１ｍｍ程度の直方体形状である。

図１Ａに示すバーコード読み取り装置１は、外装となるハウジング２がシャーシ部材２ａと上蓋となる基板ユニット２ｂとで構成される。
シャーシ部材２ａは、後述するユニット及び部材を一体的にサポートし、また図示しない下面に外部機器に対する据付面を有している。このシャーシ部材２ａは、落下等の衝撃に耐え得る強度を有する、例えばアルミニウム等の金属部材により形成される。他にも、合金金属や熱変形しない硬質の樹脂であってもよい。シャーシ部材２ａ上には、主として、光源ユニット３と、曲げミラー１２と、絞り部５と、走査ユニット６と、検出ユニット７が実装される。図１Ｃに示すように、本実施形態の絞り部５は、１枚の板状部材の上下に、２つの絞り（透孔）として、ＬＤ出射絞り５ａと、ＰＤ視野絞り５ｂとが設けられている。詳細は後述する。

光源ユニット３は、レーザ光を出射する光源手段としてのレーザダイオード（ＬＤ）９と、ＬＤ９を収容する収容部１０と、レーザ光を平行光化するコリメータレンズ１１と、レーザ光を反射により曲げて走査ユニット６に向かわせる偏向手段としての曲げミラー１２と、曲げミラー１２から反射されたレーザ光の光束断面を絞り、所望のスポットサイズに生成するＬＤ出射絞り５ａと、で構成される。レーザダイオード９は、例えば、ＤＶＤプレーヤ等で広く採用されている外形φ５．６ｍｍ、波長６５０ｎｍの仕様を用いることで、極めて安価でありながら視認性の高い光源を得ることができる。

この構成により、レーザダイオード９から照射されたレーザ光は、曲げミラー１２で反射され、さらにコリメータレンズ１１により平行光化された後に、ＬＤ出射絞り５ａを通り、所望のスポットサイズに形成され、走査ユニット６に出射される。

走査ユニット６は、正面側に集光手段としての凹形鏡面１３ａと、その略中央部に一体的に形成された走査手段としての平面鏡１３ｂが設けられた走査ミラー１３と、走査ミラー１３の裏面側に設けられた回動軸１３ｃを回動可能に支持する支持部材１３ｄに取り付けられる磁石１４と、磁石１４に対して電磁力によって往復遥動を発生するコイル１５とで構成される。なお、これらの支持部材１３ｄ、磁石１４、コイル１５も走査手段を構成する。この往復遥動により、走査ミラー１３は往復するように振られ、曲げミラー１２から入射されたレーザ光は、平面鏡１３ｂで反射され、走査レーザ光として形成され、バーコードに向けて出射される。

検出ユニット７は、走査ミラー１３と、ＰＤ視野絞り５ｂと、バンドパスフィルタ８と、受光手段としてのフォトディテクタ（ＰＤ）１６と、で構成される。
出射された走査レーザ光は、バーコード面で反射して、戻り光として、再度走査ミラー１３に入射する。走査ミラー１３は、凹形鏡面１３ａで戻り光を集光させてフォトディテクタ１６に向かって反射させる。ＰＤ視野絞り５ｂは、フォトディテクタ１６の直前に配置されることによって、戻り光のみを通過させ、凹形鏡面１３ａ方向以外から入射する外乱光をカットする。戻り光は、ＰＤ視野絞り５ｂを通過した後、バンドパスフィルタ８により所望の波長近辺の光のみを透過されて、フォトディテクタ１６に受光される。

基板ユニット２ｂに実装された電子回路基板から成る制御部１７は、これらの各ユニット及び構成部位の駆動及び信号処理を行う。制御部１７は、光源ユニット３、走査ユニット６を制御し、検出ユニット７から得られたアナログ信号をバーコードの黒白情報に対応する２値化信号に変換し、外部機器（情報処理）に出力する。

図１Ｂには、シャーシの壁面部分を点線で示し、レーザ光として、二重破線が出射光路、破線が戻り光路を示している。図１Ｂからも分かるように、基本的には出射光軸と同一の光路を辿って光は戻ってくるため、各コンポーネントを平面的に配置した場合、光源・曲げミラー等の光源ユニット３と検出ユニット６は、互いの光路を遮断しあうことになる。これを回避するために、一般的には、プリズム等の光路分配器を用いるといった対策が行われている。本実施形態では、出射光軸平面と戻り光軸平面をシャーシの実装面における高さ方向にオフセットさせる、即ち、光源ユニット３（出射要素）と検出ユニット６（光電変換要素）を階層的に配置することにより、光路分配器等の追加をせずに解決している。尚、ここでは、出射要素は、コリメータレンズ１１と曲げミラー１２とＬＤ出射絞り５ａとを示唆し、光電変換要素は、ＰＤ視野絞り５ｂと、バンドパスフィルタ８と、フォトディテクタ（ＰＤ）１６とを示唆している。これらの部材を階層的に配置することにより、実装面積を増加させることなく、反対に実装面積を減じさせる効果も実現できる。また、走査ユニットは、実施形態における要素ではなく、公知なものを採用すればよい。

本実施形態におけるレーザ光の戻り光は、バーコード面で反射して、走査ミラー１３の凹形鏡面１３ａに入射して集光され、且つフォトディテクタ１６に向けて偏向される。偏向された戻り光は、ＰＤ視野絞り５ｂを通過して、外乱光を排除し、バンドパスフィルタ８を透過して予め定められた波長の光のみをフォトディテクタ１６に導く。

この構成により、戻り光は、出射光と同一の経路を辿ってくるため、予想される入射範囲以外からの外乱光をＰＤ視野絞りによって遮断することが可能である。さらにバンドパスフィルタ８は、光源ユニット３が照射したレーザ光と異なる波長の光すなわち、ノイズ成分を遮断することにより、信号処理回路に入力される信号のＳ／Ｎ比を改善することができる。

本実施形態の特徴について説明する。
本実施形態は、前述したように光源ユニット３と検出ユニット６を階層的に配置している。この配置において、コリメータレンズ１１とバンドパスフィルタ８の前には、絞り部５が設けられている。

この絞り部５は、１枚の板状部材からなり、上下に２つの絞り（透孔）として、ＬＤ出射絞り５ａとＰＤ視野絞り５ｂが形成されている。これらの絞り５ａ，５ｂの孔形状及び面積は、設計仕様に従い適宜、決定される。本実施形態では、図１Ｃに示すように、ＬＤ出射絞り５ａは矩形の孔形状であり、所望するレーザ光のスポットサイズになるように形成される。またＰＤ視野絞り５ｂは、凹形鏡面１３ａによる集光スポットサイズによって決定されている。勿論、この設定条件に限定されるものではなく、適宜、変更が可能である。

この絞り部５は、シャーシ部材２ａの実装面に対して、下方にＬＤ出射絞り５ａが設けられ、上方にＰＤ視野絞り５ｂが一体的に設けられている。これらのＬＤ出射絞り５ａとＰＤ視野絞り５ｂは、走査平面に対して鉛直方向にオフセットされ、且つ同一鉛直軸上に揃えて配置されている。ここでは、調整機構は設けられていない。

出射光軸の角度誤差の主要な原因のひとつは、レーザダイオード９の発光点とコリメータレンズ１１及びＬＤ出射絞り５ａの相対的な位置誤差によるものであり、角度誤差Δθは、次の式（１）で表される。
Δθ＝ＡＴＡＮ（Δｘ／Ｌ） …（１）
ここで、Δｘは、発光点とコリメータレンズ１１及びＬＤ出射絞り５ａの光軸に垂直な成分の相対的な位置ずれであり、Ｌ（図２におけるＬ１＋Ｌ２）は発光点とコリメータレンズ１１及びＬＤ出射絞り５ａの光軸方向の距離である。

図２には、本実施形態の特徴を理解するために、従来技術の説明と同様の手法で模式化した図を示す。従来は、コリメータレンズ１１とＬＤ出射絞り５ａがレーザダイオード９に近接して設置されていたが、本実施形態では、レーザダイオード９と、コリメータレンズ１１及びＬＤ出射絞り５ａの間に、曲げミラー１２を介在させて配置されている。従って、コリメータレンズ１１としては、より焦点距離の長いものを採用し、コリメータレンズ１１及びＬＤ出射絞り５ａをレーザダイオード９から離すことで、式（１）における距離Ｌが従来よりも長くなる。これにより、レーザダイオード９とコリメータレンズ１１及びＬＤ出射絞り５ａの相対的な位置誤差による出射光軸の角度的なばらつきΔθ（即ち、）を小さくすることができる。これによって、製造時に出射光軸の微調整を行わなくても、一義的に精度よく出射光軸を設計に従った正面方向に指向させることが可能となる。

さらに、本実施形態ではＬＤ出射絞り５ａとＰＤ視野絞り５ｂが一体的に１つの部材に形成されている。このため、ＬＤ出射絞り５ａとＰＤ視野絞り５ｂの相対位置誤差を最小限に抑えることが可能となる。出射光軸と戻り光軸は同一の光路を辿るため、ＬＤ出射絞り５ａとＰＤ視野絞り５ｂが相対位置誤差をもつ場合には、この誤差分を考慮してＰＤ視野絞り５ｂを集光スポット径よりも大きめに設定する必要がある。しかしながら本実施形態では、その相対位置誤差を最小限に抑えられるため、結果としてＰＤ視野絞り５ｂの面積（径）を最小にすることが可能となり、外乱光の入射を効率的に抑制できる。

本実施形態では、ＬＤ出射絞り５ａとＰＤ視野絞り５ｂが走査平面に対して鉛直方向にオフセットして配置されている。これにより、ＬＤ出射絞り５ａとＰＤ視野絞り５ｂとが同一鉛直軸上に揃えて配置することができる。従って、実際の部品加工の際に、成型、プレスのどちらの加工手段で形成しても、同一加工基準面を持った１つの型によって、これらの孔を開口することが可能となり、ＬＤ出射絞り５ａとＰＤ視野絞り５ｂの相対位置誤差を、さらに極小に抑えることができる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。
図３には、第１の変形例として、ＰＤ視野絞り５ｂの位置にフォトディテクタ１６の受光面が配置された構成例を模式化して示す。

この変形例では、ＬＤ出射絞り５ａとフォトディテクタ１６の受光面が同じ鉛直方向に揃えて一体的に配置される。このため、フォトディテクタ１６の受光面直前に設けられた図示しない集光光学系のレンズ部材や受光面の大きさ自体がＰＤ視野絞りの機能を果たしている。従って、本変形例では、第１の実施形態と同様に、出射光軸に対する受光面（戻り光軸）の誤差が少ないという効果が得られる。

図４には、第２の変形例として、ＬＤ出射絞りは従来と同じく光源に隣接して配置し、曲げミラーとＰＤ受光部を一体的に配置した構成例を模式化して示す。

この第２の変形例では、ＬＤ出射絞り５ａがレーザダイオード９の近傍に配置され、曲げミラー１２に対して、フォトディテクタ１６及びバンドパスフィルタ８が同じ鉛直方向に揃えて一体的に配置される。

この構成により、曲げミラー１２の回転方向の誤差により出射光軸に角度ずれが発生した場合でも、曲げミラー１２と一体的に配置されたフォトディテクタ１６の受光面も同様の回転方向の誤差を生じる。その結果として、バンドパスフィルタ８への入射角の変化を最小限に抑えることが可能となり、バンドパスフィルタ８の透過波長幅をより狭小に設計することができる。

図１Ａは、第１の実施形態のバーコード読み取り装置の全体の外観構成を示す斜視図である。 図１Ｂは、正面側から見た側壁部分を点線で示し、内部構成を示す斜視図である。 図１Ｃは、背面側から見た側壁部分を取り外した時の内部構成を示す斜視図である。 図２は、第１の実施形態の構成と光路を模式化して示す図である。 図３は、第１の変形例の構成例を模式化して示す図である。 図４は、第２の変形例の構成例を模式化して示す図である。 図５は、従来のスキャナ装置の構成例を模式化して示す図である。 図６は、従来のバーコード読み取り装置で製造時にレーザ光源の取り付け誤差が発生した時の調整について説明するための図である。 図７は、従来のバーコード読み取り装置で製造時に曲げミラーに回転誤差が発生した時の戻り光軸ずれについて説明するための図である。

符号の説明

１…バーコード読み取り装置、２…ハウジング、２ａ…シャーシ部材、２ｂ…基板ユニット、３…光源ユニット、４…曲げミラー、５…絞り部、１０ａ…ＬＤ出射絞り、２１ａ…ＰＤ視野絞り、６…走査ユニット、７…検出ユニット、８…バンドパスフィルタ、９…レーザダイオード（ＬＤ）、１０…収容部、１０ａ…レーザ出射窓、１１…コリメータレンズ、１２…曲げミラー、１３…走査ミラー、１３ａ…凹形鏡面、１３ｂ…平面鏡、１３ｃ…回動軸、１３ｄ…支持部材、１４…磁石、１５…コイル、１６…フォトディテクタ（ＰＤ）、１７…制御部。

Claims (4)

1. 光束を出射する光源手段と、
   前記光源手段からの出射光を偏向させる偏向手段と、
   前記偏向手段によって偏向された出射光をバーコードに向けて走査させる走査手段と、
   前記バーコードからの戻り光を集光させる集光手段と、
   前記集光手段によって集光された戻り光を受光する受光手段と、
   を備え、
   前記偏向手段から前記走査手段の間の出射光路、及び前記集光手段から前記受光手段の間の戻り光路に対して跨って配置され、前記出射光路中には出射絞り用透孔が、前記戻り光路中には視野絞り用透孔がそれぞれ形成される一体成形絞り部材を設けたことを特徴とするバーコード読み取り装置。
2. 請求項１記載のバーコード読み取り装置において、
   前記出射絞り用透孔と前記視野絞り用透孔の貫通方向は、互いに同じ方向になるように形成されていることを特徴とするバーコード読み取り装置。
3. 請求項２記載のバーコード読み取り装置において、
   前記出射絞り用透孔と前記視野絞り用透孔は、前記走査ミラーの走査方向に対して直交する方向に沿ってオフセットして形成されていることを特徴とするバーコード読み取り装置。
4. 請求項３記載のバーコード読み取り装置において、
   前記出射絞り用透孔と前記視野絞り用透孔は、前記走査ミラーの走査方向に対して直交する方向における同一軸上にオフセットして形成されていることを特徴とするバーコード読み取り装置。

Images