JP2011133973A - Focus movement method and device in bar code reader - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バーコード読み取り装置に関し、特に、バーコード位置に焦点を合わせる可変焦点式のバーコード読み取り装置および読み取り方法に関する。 The present invention relates to a barcode reader, and more particularly, to a variable focus barcode reader and a reading method for focusing on a barcode position.
CDなどの光ピックアップの場合、焦点可変(調整)範囲はμmオーダーで良く、読取対象のCDの位置もほぼ一定であるため、平行光を集光する対物レンズを上下動させることにおいて問題が発生することはない。この場合、集光スポット径に影響を与えるのは光学収差のみとなり対物レンズ移動による倍率変化はほとんど影響しない。 In the case of an optical pickup such as a CD, the focus variable (adjustment) range may be on the order of μm, and the position of the CD to be read is almost constant, so there is a problem in moving the objective lens that collects parallel light up and down. Never do. In this case, only the optical aberration affects the diameter of the focused spot, and the change in magnification due to the movement of the objective lens hardly affects.
対象物の高さが高速に数十cm単位で変化するような場合は、対象物に接触しないように作動距離(WD:Work Distance)を確保しつつレンズを高速に上下動させることは困難である。また、集光スポット径に影響を与える光学倍率の変化を考慮する必要がある。 When the height of an object changes by several tens of centimeters at high speed, it is difficult to move the lens up and down at high speed while ensuring a working distance (WD) so as not to contact the object. is there. In addition, it is necessary to consider the change in optical magnification that affects the diameter of the focused spot.
バーコード読み取り装置は、レーザビームでバーコードを走査してバーコードの濃淡に応じて変調を受けて散乱反射してきたレーザ光を検出することでバーコードを読み取る装置である。レーザビームはバーコード上で必要なスポット径になるように収束されるが、焦点深度は、ビームスポット径に比例するため、解像度を上げるためにスポット径を小さくすると焦点深度が浅くなり、装置としての読み取り可能範囲が減少してしまう。 The barcode reader is a device that reads a barcode by scanning the barcode with a laser beam and detecting laser light that is modulated and scattered and reflected in accordance with the density of the barcode. The laser beam is converged so as to have the required spot diameter on the barcode, but the focal depth is proportional to the beam spot diameter. Therefore, if the spot diameter is reduced to increase the resolution, the focal depth becomes shallower. The readable range will be reduced.
そこで物流用バーコード読み取り装置のように、特に読み取り深度を必要とする装置では、装置からバーコードまでの距離をあらかじめ計測して、バーコード位置に焦点を合わせる可変焦点方式が用いられている。 Therefore, in a device that requires a reading depth, such as a distribution barcode reader, a variable focus method is used in which the distance from the device to the barcode is measured in advance to focus on the barcode position.
レンズ2枚で焦点を数十cm可変させようとすると倍率が変わり、集光スポット径が変化してしまう。このような背景のもと、レンズ3枚でビーム径を一定に保って焦点を可変する方法として特許文献1(特許第2998289号公報)に開示される装置が考案されている。 If an attempt is made to change the focal point by several tens of centimeters with two lenses, the magnification changes and the diameter of the focused spot changes. Against this background, an apparatus disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent No. 2998289) has been devised as a method of changing the focal point while keeping the beam diameter constant with three lenses.
特許文献1に開示される装置では、レーザ光をガウシアンビームで伝搬させる3個の凸レンズで構成される、いわゆるケプラー型の焦点可変光学系を採用している。
The apparatus disclosed in
バーコード読取装置の性能を決める要素には、
・読み取り可能なバーコード線幅の最小値
・焦点方向の読取深度(荷物に貼られたバーコードラベルの高さ)
・横方向の読取幅(荷物に貼られたバーコードラベルの位置)
・バーコードの回転方向(自動搬送される方向に対する回転)
・搬送速度
などが挙げられる。
Factors that determine the performance of a bar code reader include:
・ Minimum bar code line width that can be read ・ Reading depth in the focal direction (height of bar code label affixed to luggage)
・ Scanning width in the horizontal direction (position of bar code label affixed to luggage)
・ Bar code rotation direction (rotation relative to the direction of automatic conveyance)
・ Conveying speed and so on.
特に技術的に難しい課題として、最小線幅と読取深度の両立がある。光走査を利用したバーコード読取スキャナ装置の場合は、最小線幅の読取性能を維持するために集光スポット径をある一定以下に保って必要な読取深度を確保しなければならないが、物理法則によって数百μmのビーム径ではたかだか数十cmの読取深度しか得られない。物流向けの場合は1m前後の読取深度が必要となることが多く、焦点調整機能を有する装置や、固定焦点の装置を複数個焦点方向にずらして配置するなど様々な方法、装置が考案されている。 A particularly difficult task is to achieve both the minimum line width and the reading depth. In the case of a bar code reading scanner device using optical scanning, in order to maintain the reading performance with the minimum line width, the converging spot diameter must be kept below a certain value to ensure the necessary reading depth. Thus, only a reading depth of several tens of centimeters can be obtained with a beam diameter of several hundred μm. In the case of physical distribution, a reading depth of about 1 m is often required, and various methods and devices have been devised, such as a device having a focus adjustment function and a plurality of fixed-focus devices shifted in the focus direction. Yes.
集光スポット径を一定に保ち、焦点を可変する装置も考案されているが、以下の課題を抱えていた。ただし、ここでは簡易な構成で安価な方法に限定するため、複数枚のレンズを移動するような複雑なズームレンズは考えていない。 Although a device for changing the focal spot diameter and changing the focal point has been devised, it has the following problems. However, a complicated zoom lens that moves a plurality of lenses is not considered here because it is limited to an inexpensive method with a simple configuration.
(1)レーザ光をガウシアンビームとして伝搬して集光する方法という面での課題
従来はHe−Neレーザなどの気体レーザが使用されていたが、小型化・メンテナンス容易化のために半導体レーザが使用されるようになってきた。しかし半導体レーザは、ビーム品質(発散角)ばらつきがある、縦横発散角が異なる、という性格上半導体レーザ素子の選定が必要となり、またそれを所望のビームに変換するレンズが複雑な組み合わせと難しい調整を必要とする課題があった。
(1) Issues in terms of the method of converging and condensing laser light as a Gaussian beam Conventionally, gas lasers such as He-Ne lasers have been used, but semiconductor lasers are being used for miniaturization and ease of maintenance. Has come to be used. However, semiconductor lasers require the selection of a semiconductor laser element because of its beam quality (divergence angle) variation and vertical and horizontal divergence angles, and a complicated combination and difficult adjustment of the lens that converts it into the desired beam. There was a problem that required.
つまり、部品点数が多く高精度なものが必要となり、また歩留まりも悪いためにコストが高いという問題があった。 That is, there is a problem in that the number of parts is high and a highly accurate one is required, and the yield is also low, so the cost is high.
(2)凸レンズの組み合わせで焦点可変する方法という面での課題
3個のレンズ群のうち1個のみを移動して焦点可変する方法において、100mm前後の実用的な大きさで光学系を構成する場合、特許文献1に開示されるような凸レンズのみを使用するケプラー型は構成レンズの焦点距離が小さくなる。
(2) Problem in terms of method of changing focus by combining convex lenses In the method of changing focus by moving only one of the three lens groups, an optical system is constructed with a practical size of around 100 mm. In this case, the Kepler type using only a convex lens as disclosed in
レンズの焦点距離が小さいものは、使用するレンズに対しては高い製造(研磨)精度が必要とされ、さらにレンズを保持する機構部に対しても、焦点可変時のレンズ移動時に発生する振動への耐久性および高い精度が必要とされるため、品質を保証するには製造コストが高くなる課題があった。 When the focal length of the lens is small, high manufacturing (polishing) accuracy is required for the lens to be used, and also for the mechanism that holds the lens, vibration that occurs when the lens moves when the focus is variable. Therefore, there is a problem that the production cost is high in order to guarantee the quality.
また、光学収差が発生しやすく、複数のレンズを使用して収差を補正しなければならず、環境(温度、振動)変化に対する許容も小さいという課題もあった。
特許文献1に開示される光学系は、ケプラー型であり、短い焦点距離のレンズを使用しなければならない。このため、収差補正のために組み合わせレンズを使用する必要があるが、各レンズには高い精度が必要とされ、コストが高いものとなる。
The optical system disclosed in
また、半導体レーザのように縦横拡がり角の異なる楕円ビームを真円に変換するための複雑な整形光学系が光源部分には必要となる。さらに、半導体レーザの発散角を選定しなければならず、これもコストが高くなる要因となっている。 In addition, a complicated shaping optical system for converting an elliptical beam having different vertical and horizontal divergence angles into a perfect circle such as a semiconductor laser is required in the light source portion. Furthermore, the divergence angle of the semiconductor laser must be selected, which is also a factor that increases the cost.
本発明の目的は、簡単な構成にすることができ、製造も容易く、安定した装置が実現可能で、コストも大幅に低減することのできるバーコード読取装置および方法を実現することにある。 An object of the present invention is to realize a bar code reading apparatus and method that can be configured simply, can be easily manufactured, can realize a stable apparatus, and can greatly reduce costs.
本発明のバーコード読取装置は、
レーザ等の光源から出た光を入射し、光軸を同一とし、出射方向に順に設けられた、凸レンズである第1レンズ、凹レンズである第2レンズ、凸レンズである第3レンズと、
前記第1レンズを移動してビーム径を一定に保って焦点を移動させるレンズ駆動機構を有することを特徴とする。
The barcode reader of the present invention is
A first lens that is a convex lens, a second lens that is a concave lens, and a third lens that is a convex lens, which are incident on the light emitted from a light source such as a laser, have the same optical axis, and are sequentially provided in the emission direction;
It has a lens drive mechanism that moves the first lens to move the focal point while keeping the beam diameter constant.
本発明のバーコード読取方法は、
レーザ等の光源から出た光を入射し、光軸を同一とする、凸レンズである第1レンズ、凹レンズである第2レンズ、凸レンズである第3レンズ、を出射方向に順に設け、
前記第1レンズを移動させることによりビーム径を一定に保って焦点を移動させることを特徴とする。
The barcode reading method of the present invention includes:
A first lens that is a convex lens, a second lens that is a concave lens, and a third lens that is a convex lens, in which light emitted from a light source such as a laser is incident and have the same optical axis, are sequentially provided in the emission direction;
The focal point is moved while keeping the beam diameter constant by moving the first lens.
・レーザ光をガウシアンビームとして伝搬せず、円形開口によって矩形断面均一プロファイルにして集光する方法によって、半導体レーザのビーム品質ばらつき影響を解消できる。
・凹レンズを含むガリレー型のズーム光学系を用いることでレンズ焦点距離を伸ばし製造誤差の影響が緩和できる。
・ガリレー型のため光路長(ユニットの大きさ)を短くすることができる。
・同様に各レンズの焦点距離が長いため、環境温度等によるレンズの焦点距離変化の影響が緩和できる。
・同様に各レンズの焦点距離が長いため、複数枚を組合わせたレンズでなくとも球面単レンズのみの構成で光学収差が小さくできる。
・アパーチャの交換で簡単にスポット径を調整できる。
・レンズ1枚のみの移動によって集光スポット径を変えることなく焦点位置が制御できる。
(1m程の長い距離の焦点変更でも集光スポット径を一定にできる)
・上記の理由によって、簡単な構成にすることができ、製造も容易く、安定した装置が実現可能である。つまりコストを大幅に削減が可能である。
The effect of semiconductor laser beam quality variation can be eliminated by a method of condensing a laser beam with a uniform rectangular cross-section profile through a circular aperture without propagating the laser beam as a Gaussian beam.
-By using a Galilean zoom optical system including a concave lens, the lens focal length can be extended and the influence of manufacturing errors can be mitigated.
-Because of the galley type, the optical path length (unit size) can be shortened.
Similarly, since the focal length of each lens is long, the influence of the change in the focal length of the lens due to the environmental temperature or the like can be mitigated.
Similarly, since the focal length of each lens is long, the optical aberration can be reduced with a configuration of only a spherical single lens, not a lens combining a plurality of lenses.
・ The spot diameter can be easily adjusted by changing the aperture.
・ The focus position can be controlled without changing the focused spot diameter by moving only one lens.
(Condensation spot diameter can be kept constant even when the focus is changed over a long distance of about 1 m)
-For the above reasons, it is possible to achieve a simple configuration, easy manufacture, and a stable device can be realized. That is, the cost can be greatly reduced.
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明によるバーコード読取装置の光学系の概略構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an optical system of a barcode reader according to the present invention.
本実施形態は、オートパワーコントロール(APC)回路1、小型レーザ光源(LD)2、コリメートレンズ3、レンズ5−7、レンズ5を移動させるレンズ駆動機構8より構成されている。
This embodiment includes an auto power control (APC)
半導体レーザ等の小型レーザ光源2には、波長635nm付近の赤色レーザが用いられる。ただし、バーコード等の対象が読取可能であれば、その他の波長のレーザに代替は可能である。 For the small laser light source 2 such as a semiconductor laser, a red laser having a wavelength of about 635 nm is used. However, as long as an object such as a bar code can be read, a laser with another wavelength can be substituted.
レーザ光源2は、オートパワーコントロール回路1によって一定の光出力に保たれている。レーザ光源2を出射した発散レーザ光である出力ビーム10はコリメートレンズ3によって平行ビーム11に変換され、その直後に配置されるアパーチャ4によってビームの中心部分が切り出される。
The laser light source 2 is maintained at a constant light output by the auto
コリメートレンズ3は球面収差が問題なければ球面平凸レンズで良く、球面収差が影響する場合であっても2枚程度の組レンズで良い。アパーチャ4を出た平行光11は、駆動機構8に保持された第1凸レンズ5によって集光され、その後の第2凹レンズ6で発散光に変換される。
The collimating lens 3 may be a spherical plano-convex lens if there is no problem with spherical aberration, and it may be a combined lens of about two even when spherical aberration affects. The
第1凸レンズ5は球面平凸レンズで良く、第2凹レンズ6には球面両凹レンズを用いると良い。レンズ駆動機構8は、ステッピングモータなどの位置決めが可能な機構部で構成される。そして第3凸レンズ7によって再び集光され集光スポット12を形成する。第3凸レンズも球面平凸レンズで良い。
The first convex lens 5 may be a spherical plano-convex lens, and the second concave lens 6 may be a spherical biconcave lens. The lens driving mechanism 8 is composed of a mechanism unit capable of positioning such as a stepping motor. Then, the light is condensed again by the third convex lens 7 to form a
外部の高さセンサ(不図示)からの高さ情報に応じて、図1に示す駆動機構8が第1凸レンズ5を光の進行方向に移動させて、第2凹レンズ6との合成レンズ系の焦点距離、主点を変化させる。この変化によって集光スポット12の位置が変化し、かつ、集光スポット径が一定に保たれる。
In accordance with height information from an external height sensor (not shown), the driving mechanism 8 shown in FIG. 1 moves the first convex lens 5 in the light traveling direction, and the synthetic lens system with the second concave lens 6 Change focal length and principal point. Due to this change, the position of the
本実施形態の構成の利点として、複雑なレンズによる調整を必要とすることなく、アパーチャ4の穴径を変更するだけで集光スポット12の大きさを調整することができる。
As an advantage of the configuration of the present embodiment, the size of the
以下に、上述した課題(1)、(2)を解消するための本実施形態の構成について詳細に説明する。 Hereinafter, a configuration of the present embodiment for solving the above-described problems (1) and (2) will be described in detail.
(1)レーザ光をガウシアンビームとして伝搬して集光する方法という面での課題に対して
本実施形態では、レーザ光はガウシアンビームとして伝搬しない。円形開口アパーチャによってガウシアンビームの中心部分を切り出し、断面が均一なプロファイルの矩形のビームとして集光する方法によって、半導体レーザのビーム品質ばらつき影響を解消している。このように、本実施形態では、集光スポットは光源のビーム品質に依存しないものとなり、アパーチャ径によって決定されるため、素子選別をしなくても安定した品質を確保できるものとなっている。
(1) Concerning the problem of the method of condensing laser light as a Gaussian beam In this embodiment, the laser light does not propagate as a Gaussian beam. The influence of variation in the beam quality of the semiconductor laser is eliminated by a method in which the central portion of the Gaussian beam is cut out by a circular aperture aperture and condensed as a rectangular beam having a uniform cross section. As described above, in the present embodiment, the focused spot does not depend on the beam quality of the light source, and is determined by the aperture diameter, so that stable quality can be ensured without element selection.
また、半導体レーザの縦横拡がり角の差を補正する円筒面レンズなどを使用しなくても良いため、1枚のレンズで構成でき、調整も簡単である。これらの効果で製造コストを抑えることが可能となる。 In addition, since it is not necessary to use a cylindrical lens that corrects the difference between the vertical and horizontal divergence angles of the semiconductor laser, it can be configured with a single lens, and adjustment is easy. These effects can reduce the manufacturing cost.
(2)凸レンズの組み合わせで焦点可変する方法という面での課題に対して
凸レンズ構成と同じ大きさで考えると、凹レンズを含むガリレー型の光学系を用いるとレンズの焦点距離を大きくすることができる。これにより光学収差が緩和され、球面単レンズのみで構成し精度を緩めることができるため、製造コストを抑えることができる。また、環境(温度、振動)変化に対する許容も確保できるようになる。
(2) Concerning the problem of the method of changing the focal point by combining the convex lenses When considering the same size as the convex lens configuration, the focal length of the lens can be increased by using a galley type optical system including a concave lens. . As a result, the optical aberration is alleviated, and it is possible to reduce the accuracy by using only a spherical single lens to reduce the accuracy. In addition, it is possible to secure tolerance for environmental (temperature, vibration) changes.
なお、特許文献1には凹レンズ構成の記述もあり、第1、2レンズが凹レンズ、第3レンズが凸レンズで構成し、第2レンズを移動する方法としているが、ビーム径一定の解が見出せず、詳細な記述もなされていない。
In addition,
本発明では、第1レンズを凸レンズ、第2レンズを凹レンズ、第3レンズを凸レンズで構成し、第1レンズを移動させる方法ではビーム径を一定とすることが可能であることを用いたものである。 In the present invention, the first lens is composed of a convex lens, the second lens is composed of a concave lens, the third lens is composed of a convex lens, and the method of moving the first lens allows the beam diameter to be constant. is there.
最初に第3レンズについて考える。図2に示すように、第3レンズ7の焦点距離をf3とし、図2(1)の近い距離(以降、近点と呼ぶ)の場合の物体距離をa1、像距離をb1とする。また、図2(2)の遠い距離(以降、遠点と呼ぶ)の場合の物体距離をa2、像距離をb2とする。 First, consider the third lens. As shown in FIG. 2, the focal length of the third lens 7 is f3, the object distance in the case of the short distance (hereinafter referred to as the near point) in FIG. 2A is a1, and the image distance is b1. In addition, the object distance in the case of a far distance (hereinafter referred to as a far point) in FIG. 2B is a2, and the image distance is b2.
結像公式より、
(近点) 1/f3=1/a1+1/b1
(遠点) 1/f3=1/a2+1/b2
結像倍率mはそれぞれ、
(近点) m1=b1/a1
(遠点) m2=b2/a2
となり、焦点可変したい距離b1、b2と第3レンズ7の焦点距離f3を設定すれば、物体面20の距離a1、a2と結像倍率が求まる。
From the imaging formula,
(Near) 1 / f3 = 1 / a1 + 1 / b1
(Far point) 1 / f3 = 1 / a2 + 1 / b2
The imaging magnification m is
(Near) m1 = b1 / a1
(Far point) m2 = b2 / a2
If the distances b1 and b2 for which the focal point is desired to be changed and the focal length f3 of the third lens 7 are set, the distances a1 and a2 of the
また、像面21における集光スポット12の径を設定すれば、結像倍率より物体面20でのスポット半径w1、w2も求まる。像面21の集光スポット半径をωとすると、
(近点) w1=ω/m1
(遠点) w2=ω/m2
つまり、第1、第2レンズで第3レンズ7からa1、a2の距離にw1、w2のスポット径を形成すれば良いことになる。ここで形成するスポットw1、w2が実像であればケプラー型となり、虚像であればガリレー型となる。
If the diameter of the
(Nearest point) w1 = ω / m1
(Far point) w2 = ω / m2
That is, the spot diameters w1 and w2 may be formed at the distances a1 and a2 from the third lens 7 by the first and second lenses. If the spots w1 and w2 formed here are real images, they become Kepler type, and if they are virtual images, they become Galilean type.
図1に示した実施形態は、上記の第1レンズ移動のガリレー型である。 The embodiment shown in FIG. 1 is a galley type of the first lens movement described above.
次に、第1レンズ5と第2レンズ6について考える。第1レンズには図1のアパーチャ4から平行ビーム11が入射するとする。この平行ビーム11が強度(振幅)均一、同位相の理想的な光とすると、焦点距離Fの無収差レンズで集光されたスポットはエアリーディスクとなり、その半径rは次の式で与えられる。
Next, the first lens 5 and the second lens 6 will be considered. It is assumed that the
r=0.41×λF/r0
λは光波長で、r0は入射ビーム半径である。いま、光波長λと入射ビーム半径r0を設定すると集光スポット半径rは前述のw1、w2にすればよいので、第1レンズと第2レンズの合成焦点距離F1(近点)、F2(遠点)が求まる。
r = 0.41 × λF / r0
λ is the optical wavelength and r0 is the incident beam radius. Now, if the light wavelength λ and the incident beam radius r0 are set, the condensing spot radius r may be set to the aforementioned w1 and w2, so that the combined focal lengths F1 (near point) and F2 (far point) of the first lens and the second lens are set. Point).
また、図3、図4に示すように合成焦点距離F1、F2は、第1レンズ5の焦点距離をf1とし、第2レンズ6の焦点距離をf2とし、第1レンズ5と第2レンズ6の間隔を、d1(近点)、d2(遠点)すると、合成焦点の公式より
(近点) F1=f1×f2/(f1+f2−d1)
(遠点) F2=f1×f2/(f1+f2−d2)
であり、第2レンズの第2主点H2'から合成レンズ系の焦点までの距離αは、
(近点) α1=f2(f1−d1)/(f1+f2−d1)
(遠点) α2=f2(f1−d2)/(f1+f2−d2)
で与えられる。ここで、第1レンズ5と第2レンズ6のどちらを移動させるかは選択できるものとする。図3は第1レンズを移動する場合、図4は第2レンズを移動する場合を示している。
As shown in FIGS. 3 and 4, the combined focal lengths F1 and F2 are set such that the focal length of the first lens 5 is f1, the focal length of the second lens 6 is f2, and the first lens 5 and the second lens 6 are combined. When the distance of d1 (near point) and d2 (far point) is given, the formula of the synthetic focus (near point) F1 = f1 × f2 / (f1 + f2-d1)
(Far point) F2 = f1 * f2 / (f1 + f2-d2)
The distance α from the second principal point H2 ′ of the second lens to the focal point of the composite lens system is
(Near) α1 = f2 (f1−d1) / (f1 + f2−d1)
(Far point) α2 = f2 (f1-d2) / (f1 + f2-d2)
Given in. Here, it can be selected which of the first lens 5 and the second lens 6 is moved. FIG. 3 shows a case where the first lens is moved, and FIG. 4 shows a case where the second lens is moved.
レンズ移動量zとすると、第1レンズを移動する場合は図3より、
z=d1−d2
Δ=α2−α1
の関係が成り立ち、第2レンズを移動する場合は図4より、
z=d1−d2
Δ=(d2+α2)−(d1+α1)
の関係が成り立つ。結像すべき位置のシフト量Δは第3レンズで既に求められて
いるのでレンズ移動量zを設定すると上記の関係より、f1、f2、d1、d2が求まる。
Assuming the lens movement amount z, when moving the first lens, FIG.
z = d1-d2
Δ = α2−α1
When the second lens is moved from FIG.
z = d1-d2
Δ = (d2 + α2) − (d1 + α1)
The relationship holds. Since the shift amount Δ of the position to be imaged is already obtained by the third lens, when the lens movement amount z is set, f1, f2, d1, and d2 are obtained from the above relationship.
次に、具体的な計算結果を示す。
波長λ=635nm、像距離b1=1000mm、b2=2000mm、
集光スポット半径ω=100μm、第3レンズ焦点距離f3=60mm、
レンズ移動距離z=10mm、入射ビーム半径(アパーチャ半径)r0=1.0mmとする。
Next, specific calculation results are shown.
Wavelength λ = 635 nm, image distance b1 = 1000 mm, b2 = 2000 mm,
Condensing spot radius ω = 100 μm, third lens focal length f3 = 60 mm,
It is assumed that the lens moving distance z = 10 mm and the incident beam radius (aperture radius) r0 = 1.0 mm.
ただし、今回はレンズの主点がレンズ外部に出るような複雑なレンズを考えず、レンズ内部に主点が存在すると仮定する。つまり第1レンズと第2レンズの主点間距離d1、d2は正の値だとする。このような条件にて計算すると図5に示すように3種類の解が存在する。 However, this time, it is assumed that the principal point exists inside the lens without considering a complicated lens in which the principal point of the lens comes out of the lens. That is, the distances d1 and d2 between the principal points of the first lens and the second lens are positive values. When calculating under such conditions, there are three types of solutions as shown in FIG.
つまり、第1レンズを移動する場合としてケプラー型とガリレー型があり、第2レンズを移動する場合としてケプラー型がある(焦点距離の負は凹レンズを示す)。 That is, there are a Kepler type and a Galilean type as moving the first lens, and a Kepler type as moving the second lens (negative focal length indicates a concave lens).
しかし、レンズ間隔を変更してみると、第1レンズ移動ケプラー型が図6に示すものとなり、第1レンズガリレー型が図7に示すものとなり、第2レンズケプラー型が図8に示すものとなり、第2レンズ移動タイプは最近点と最遠点でのみ成立しており、中間で性能を満たさないことが分かる。 However, when the lens interval is changed, the first lens moving Kepler type is as shown in FIG. 6, the first lens Galilean type is as shown in FIG. 7, and the second lens Kepler type is as shown in FIG. It can be seen that the second lens movement type is established only at the nearest point and the farthest point and does not satisfy the performance in the middle.
したがって、3枚構成のビーム径一定焦点可変光学系としては、第1レンズ移動のケプラー型かガリレー型のみが解となる。図5にて両者を比較すると、最小の焦点距離が同じだが、総距離がガリレー型が小さいことがわかる。よって、同じサイズの光学系を構成する場合ガリレー型のほうが焦点距離が長いことになる。 Therefore, as the three-beam fixed focal length variable optical system, only the Kepler type or the Galilean type of the first lens movement is a solution. Comparing the two in FIG. 5, it can be seen that the minimum focal length is the same, but the total distance is small for the galley type. Therefore, when an optical system of the same size is configured, the focal length of the galley type is longer.
発明の他の実施形態
アパーチャ4を穴径が自動可変可能な機構にすると焦点位置調整だけでなく、ビーム径も制御可能となる。
Other Embodiments If the aperture 4 is a mechanism that can automatically change the hole diameter, not only the focal position adjustment but also the beam diameter can be controlled.
1 オートパワーコントロール回路
2小型レーザ光源
3 コリメートレンズ
5−7 レンズ
8 レンズ駆動機構
DESCRIPTION OF
Claims (6)
レーザ等の光源から出た光を入射し、光軸を同一とし、出射方向に順に設けられた、凸レンズである第1レンズ、凹レンズである第2レンズ、凸レンズである第3レンズと、
前記第1レンズを移動してビーム径を一定に保って焦点を移動させるレンズ駆動機構を有することを特徴とするバーコード読取装置。 In the barcode reader,
A first lens that is a convex lens, a second lens that is a concave lens, and a third lens that is a convex lens, which are incident on the light emitted from a light source such as a laser, have the same optical axis, and are sequentially provided in the emission direction;
A bar code reader having a lens driving mechanism that moves the first lens to move the focal point while keeping the beam diameter constant.
前記光源と前記第1レンズとの間に設けられ、前記光源からの出射光のうち、光強度が均一とみなせる部分に対応する円形開口を備えた円形開口アパーチャを有することを特徴とするバーコード読取装置。 The barcode reader according to claim 1, wherein
A barcode having a circular aperture provided between the light source and the first lens and having a circular aperture corresponding to a portion of the light emitted from the light source that can be regarded as having a uniform light intensity. Reader.
収差を抑えるための球面単レンズを有することを特徴とするバーコード読取装置。 The barcode reader according to claim 1 or 2,
A barcode reader having a spherical single lens for suppressing aberration.
レーザ等の光源から出た光を入射し、光軸を同一とする、凸レンズである第1レンズ、凹レンズである第2レンズ、凸レンズである第3レンズ、を出射方向に順に設け、
前記第1レンズを移動させることによりビーム径を一定に保って焦点を移動させることを特徴とするバーコード読取方法。 A barcode reading method with variable focus performed by a barcode reader,
A first lens that is a convex lens, a second lens that is a concave lens, and a third lens that is a convex lens, in which light emitted from a light source such as a laser is incident and have the same optical axis, are sequentially provided in the emission direction;
A bar code reading method, wherein the focal point is moved while keeping the beam diameter constant by moving the first lens.
前記光源と前記第1レンズとの間に、前記光源からの出射光のうち、光強度が均一とみなせる部分に対応する円形開口を備えた円形開口アパーチャを設け、前記第3のレンズの出射光のビーム拡がり角が製造ばらつきに影響されることなく、集光スポット径は前記円形開口の大きさで決定されるものとすることを特徴とするバーコード読取方法。 The barcode reading method according to claim 4, wherein
Provided between the light source and the first lens is a circular aperture aperture having a circular aperture corresponding to a portion of the light emitted from the light source that can be regarded as having a uniform light intensity, and the light emitted from the third lens. The bar code reading method is characterized in that the diameter of the condensing spot is determined by the size of the circular aperture without the beam divergence angle being affected by manufacturing variations.
収差を抑えるための球面単レンズを設けることを特徴とするバーコード読取方法。 The barcode reading method according to claim 4 or 5,
A bar code reading method comprising a spherical single lens for suppressing aberration.
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