JP2563676Y2 - 照明光学系 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、凹凸パターンの読み取
り装置に適用される照明光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】近来一般に普及した各種のカードは一般
に合成樹脂で形成され、カードの持ち主の名前や番号が
エンボス加工等により、カード表面の凹凸として記録さ
れている。

【０００３】これらのカード等の文字、その他の画像情
報（以下読み取り対象物という）を自動的に読み取り、
凹凸パターンの照合等を行う手段として凹凸パターン読
み取り装置が提案されている。

【０００４】凹凸パターンの自動読み取りに際しては、
照明光学系からの光を凹凸パターンの像に照射し、その
反射光をＣＣＤ等の撮像素子の受光面に結像させて行う
が、凹凸パターンを際立たせるために、凹凸パターンに
対する照明は、凹凸パターンの形成された面に対して斜
めに光を当てる、所謂「暗視野照明」が行われる。

【０００５】かかる凹凸パターンの照明光学系として
は、次の構成のものがある。

【０００６】．読み取り対象物を中心にして、その周
囲を囲むようにしてリング状に光源を配設するリング照
明手段とするもの。

【０００７】．図１０に示すように、ＸＹＺの３軸直
交座標系を想定したとき、ＸＹ軸を含む平面に平行な基
準面に当接又はごく近接して、この基準面に沿ってＹ軸
方向へ送られる読み取り対象物の表面に形成されている
凹凸パターンを、光源１と反射板２との組合せにより、
２方向から照明するもの。

【０００８】．図１４に示すように、光源１と反射板
２の間に無方向性の透過拡散板５を介在させたもの。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】前記の照明光学系で
は、読み取り対象物からみて照明光の方向性がなく、凹
凸模様のエッジは全体が均一に明るくなるので、読み取
り対象物が多少傷んでいても、また、その向きが不定で
も、正しい画像認識が可能であるが、その反面、リング
照明では比較的大きな設置空間を必要とし、装置も大が
かりとなるので、これを採用することは実際的でないと
の問題がある。

【００１０】前記の照明光学系では、リング照明に比
べて設置空間は少なくて済むが、照明に方向性を生じる
のとの難点がある。つまり、読み取り対象物の凹凸パタ
ーンを仮に円形の凸パターンとして図１１に符号３で示
す如きものとすると、図１２に破線で示す部分にだけ光
が集中して、照明の片寄りによる明暗を生じ、図１３に
実線で示す三日月状部分の形状認識しかできない。

【００１１】又、光源１をライン状に配列すると、図１
６に示すように破線で囲んだ光照射領域同士の間に影の
部分を生じるし、図１７における曲線４の如く光源ごと
の光量むら、所謂シェーディングを生じてしまう。

【００１２】前記の照明光学系では、無方向性拡散板
の働きにより、前記の照明光学系で問題となったシェ
ーディングの発生はなくなるが、照明の方向性は多少残
り（図１５参照）、また、照明光は不特定の方向に向か
うので照明光量は激減し、光源パワーを強力にしなけれ
ばならないとの問題がある。

【００１３】従って、本考案の目的は、簡単かつコンパ
クトな構成で読み取り対象物を満遍なく照射することの
できる照明光学系を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本考案においては、 （１）．平行光束を出射する複数個の光源をライン状に
配列し、このライン方向が所定方向と直交する関係にあ
るとともに基準面と対向配置してなる光源部と、光源に
対向した拡散板であって、等ピッチで連続する多数の溝
部を有し、その１つの溝部が、光源からの平行光束を直
進光と、この直進光に対し広がる２光束の、合わせて３
つの成分に分けて出射する拡散板と、拡散板からの前記
３つの各出射光束を、これら各出射光束が前記基準面に
対して傾いて入射されるように偏向させる平面状の反射
板を有し、これら光源部、拡散板、反射板の組を前記基
準面を間にして２組対向配置した（請求項１）。

【００１５】（２）．（１）において、拡散板は平面状
をなし、その表面に形成された溝部の方向は所定方向と
平行であり、溝部の配列方向は所定方向と直交する関係
とすることができる（請求項２）。

【００１６】（３）．（１）乃至（２）において、拡散
板から出射された光束は、基準面上の任意の１点に着目
したとき、該基準面とのなす角度が鋭角状でかつ、互い
の関係が略６０゜の角度ピッチで集光する略等しい光強
度の６つの光束からなるものとすることができる（請求
項３）。

【００１７】（４）．（３）において、光束が基準面と
なす角度を１５゜乃至４５゜とすることができる（請求
項４）。

【００１８】

【作用】光源からの出射光は、拡散板により特定の方向
に別れて進み、かつ、反射板により偏向させられること
によって、読み取り対象物を所期の態様で照射する。

【００１９】

【実施例】図１において、ＸＹＺの３軸直交座標軸を想
定したとき、符号６は透明なカバーガラスを示し、ＸＹ
軸を含む平面に平行に設けられている。このカバーガラ
ス６の上面は読み取り用の基準面を構成し、この基準面
上に読み取り対象物が置かれ、適宜の送り手段によりＹ
軸方向に送られる間に、凹凸パターンが読み取られる。

【００２０】カバーガラス６の下方位置、つまりＺ方向
の対向位置には、Ｚ軸方向に、照明光として役割を果す
ための平行光束を出射する光源７が複数個、カバーガラ
ス６と対向して、かつ、Ｘ軸方向と平行に等ピッチでラ
イン状に配列されて、光源部８を構成している。

【００２１】光源部８とカバーガラス６との間には、光
源部８に近い方から拡散板９、反射板１０が順次配置さ
れている。これら拡散板、反射板はそれぞれ矩形板状を
なし、その長手寸法は光源部８に合わせてある。

【００２２】拡散板９は、ＸＹ軸を含む平面に平行に設
けられており、光源部８に対向する面には、等ピッチで
連続する多数の溝部１１が形成されている。

【００２３】この溝部１１の形成方向はＹ軸と平行であ
り、Ｙ軸方向から見るとき、ラック状をしており、その
配列方向はＸ軸と平行である。

【００２４】図２、図４に示すように、この溝部１１は
１つの溝部に着目するとき、光源７からの光を直進光Ｌ
１、Ｌ２と、この直進光に対しψの角度（図９参照）で
広がる２つの屈折光Ｌ３、Ｌ４の合わせて３つの成分に
分けて出射する機能を有している。

【００２５】反射板１０は、前記拡散板からの直進光Ｌ
１、Ｌ２と屈折光Ｌ３、Ｌ４を、これらの各光がカバー
ガラス６の上面たる基準面にφの角度（図８参照）で入
射されるように、偏向するもので、そのように配置され
ている。

【００２６】これら光源部８、拡散板９、反射板１０は
１つの組を構成し、この組が２組、カバーガラス６を間
にして対向配置されている。

【００２７】以上が本考案にかかる照明光学系の基本的
な構成である。

【００２８】図１の構成をＸ軸の方向からみると、図３
のようになる。かかる構成において、図９に示す角度ψ
を略６０゜に設定すると、図５、図６に示すように読み
取り対象物の凸パターンは略６０゜の角度ピッチで集光
する６つの光束により照射されることになる。

【００２９】また、反射板１０の傾き角度を選択するこ
とにより、光束を基準面に対して鋭角状に入射させて、
暗視野照明を実現することができる。

【００３０】この結果、読み取り対象物の凸パターン３
は、図７に白抜きの領域で示すように輪郭の全体が満遍
なく照明されるので、情報パターンの的確な読み取りが
可能となる。

【００３１】すなわち、１枚の拡散板９によって照明光
を３方向に分けたことで、凹凸形状の情報パターンを６
方向から等間隔に照明でき、従来の２方向からの照明に
比べ、大幅に照明の片寄りを改善できる。

【００３２】また、拡散板９は、従来の無方向性の拡散
板５に比べ、撮像素子１４方向にしか光を拡散させない
ので、光量のロスは少ない。

【００３３】また、拡散板９の溝部設計により、３方向
の光量を等しくでき、更に、反射による光量減衰も全体
で１５％以下にできる。

【００３４】また、光源ごとのシェーディングは、微小
ピッチの３方向拡散光を重ね合わせるため、図１７に符
号１５で示すように小さくなる。

【００３５】次に、実施に適する溝部の諸元及び角度
φ、角度ψ等について説明する。

【００３６】１．拡散板により分けられた光の各光量を
等しくするための要件 図４において、溝部の寸法をＡｉ、Ｂｉ、Ｃｉ、Ｄｉと
し、これらの各寸法領域を透過した各光の透過率、つま
り、屈折光Ｌ３の透過率をＴａ、直進光Ｌ１の透過率を
Ｔｂ、屈折光Ｌ４の透過率をＴｃ、直進光Ｌ２の透過率
をＴｄとする。

【００３７】ここで、寸法ＡｉからＤｉまでの領域まで
満遍なく同量の光が入射したとき、屈折光Ｌ３の光量は
Ａｉ・Ｔａに比例する。同様に直進光Ｌ１、直進光Ｌ
２、屈折光Ｌ４はそれぞれ、Ｂｉ・Ｔｂ、Ｃｉ・Ｔｃ、
Ｄｉ・Ｔｄに比例する。

【００３８】ここで、屈折光Ｌ３と、屈折光Ｌ４と、直
進光Ｌ１＋Ｌ２はそれぞれ同じ光量であることが条件で
あるから、 Ａｉ・Ｔａ＝Ｃｉ・Ｔｃ＝Ｂｉ・Ｔｂ＋Ｄｉ・Ｔｄ ところで、Ｔｂ＝Ｔｄであるから、 Ａｉ・Ｔａ＝Ｃｉ・Ｔｃ＝（Ｂｉ＋Ｄｉ）Ｔｂ となるように、Ａｉ、Ｃｉ、Ｂｉ＋Ｄｉを設定すればよ
い。

【００３９】２．拡散板の透過率を８０％に維持し、か
つ、読み取り対象物に対し６方向からの等角度ピッチ光
を以って、暗視野照明を実現するための要件 ．６方向からの等角度ピッチの光を得るとの要請から
は、ψ＝６０゜が最適であるが、６０゜の近辺、具体的
にはψ＝６０゜±１０゜なら実使用上問題ない。

【００４０】．暗視野照明の要請からは、φ＝０゜〜
２０゜が最適であるが、そのようにすると、非常に大き
なパワーを有する照明光源が必要となるか、或いは、撮
像素子への受光時間を長くするなどして、受光量で稼ぐ
しかないが、これらはいずれも現実的でない。ＬＥＤ光
源を用いて高速ＣＣＤ処理を行う場合を考えると、φ＝
３５゜〜４５゜が実用の範囲となる。

【００４１】．以上より、ψ＝６０゜±１０゜とし、
かつ、φ＝３５゜〜４５゜とすると、透過光の屈折角度
εは一義的に決定される。

【００４２】．さらに、拡散板の材質から屈折率ｎが
定まるので、屈折の法則により、溝部の山、谷の角度θ
も次のように決定される。

【００４３】 ε＝ｓｉｎ?¹〔ｎ・ｓｉｎ｛θ−ｓｉｎ?¹（１／ｎ・ｓｉｎθ）｝〕 ．こうして、ψ、φ、ε、ｎ、θ、等を固定すること
で、透過率も決まる。

【００４４】そこで、これらの要素のうち、ψ、φを目
標の値に近づけるように。θを変えて、試算したとこ
ろ、以下に示すグループ（Ｉ）、グループ（ＩＩ）のデ
ータを得た。これらの何れのケースも、実用可能の範囲
にあり、何れを選択するかは自由である。

【００４５】 （Ｉ）グループ ψ φ ε ｎ θ Ｔａ＝Ｔｃ ５８゜ ３５゜ ５２．２ １．５８ ６５゜ ８０．２％ ６３゜ ４５゜ ５２．２ １．５８ ６５゜ ８０．２％ （ＩＩ）グループ ψ φ ε ｎ θ Ｔａ＝Ｔｃ ５４゜ ４０゜ ４５．４ １．５８ ６０゜ ８４．２％ ５７゜ ４５゜ ４５．４ １．５８ ６０゜ ８４．２％ 以上の条件下では、屈折光の透過率は８０％以上を確保
できるし、Ａｉ・Ｔａ＝Ｃｉ・Ｔｃ＝（Ｂｉ＋Ｄｉ）Ｔ
ｂとなるように、Ａｉ、Ｃｉ、Ｂｉ＋Ｄｉを決めること
で、各光の光量を等しくでき、また、屈折光、直進光の
全体についてのトータルの透過率は、最悪の場合でも８
５％となし得る。

【００４６】

【考案の効果】本考案によれば、簡単かつコンパクトな
構成で、読み取り対象物を満遍なく照射することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案にかかる照明光学系を凹凸パターンの読
み取り装置と共に説明した概略斜視図である。

【図２】光が分かれて進む状態を説明した斜視図であ
る。

【図３】図１の装置を具体的に示した正面図である。

【図４】拡散板において、光が分かれる態様を説明した
図である。

【図５】読み取り対象物に光が６方向から集まる状態を
反射板との関係で説明した図である。

【図６】読み取り対象物に光が６方向から集まる状態を
説明した図である。

【図７】読み取り対象物に対する光の照射領域を説明し
た図である。

【図８】暗視野照明を実現する反射板の傾き角度につい
て説明した図である。

【図９】直進光に対する屈折光の開き角度について説明
した図である。

【図１０】従来技術に関する照明光学系の斜視図であ
る。

【図１１】従来技術に関する読み取り対象物への照射状
態の説明図である。

【図１２】従来技術に関する読み取り対象物への照射状
態の説明図である。

【図１３】従来技術に関する読み取り対象物への照射状
態の説明図である。

【図１４】従来技術に関する照明光学系の構成図であ
る。

【図１５】従来技術に関する読み取り対象物への照射状
態の説明図である。

【図１６】従来技術に関する光源と照射領域との関係を
説明した図である。

【図１７】光源ごとのシェーディング状態を、従来技術
と本考案の場合について比較して説明した図である。

【符号の説明】

８ 光源部 ９ 拡散板 １０ 反射板 １１ 溝部 Ｌ１ 直進光 Ｌ２ 直進光 Ｌ３ 屈折光 Ｌ４ 屈折光 Ｙ 所定方向

Claims (4)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】基準面に当接又はごく近接して、前記基準
   面に沿った所定方向へ送られる読み取り対象物の表面に
   形成されている凹凸パターンを読み取るための照明光学
   系において、 平行光束を出射する複数個の光源をライン状に配列し、
   このライン方向が前記所定方向と直交する関係にあると
   ともに前記基準面と対向配置してなる光源部と、 前記
   光源に対向した拡散板であって、等ピッチで連続する多
   数の溝部を有し、その１つの溝部が、前記光源からの平
   行光束を直進光と、この直進光に対し広がる２光束の、
   合わせて３つの成分に分けて出射する拡散板と、 前記拡散板からの前記３つの各出射光束を、これら各出
   射光束が前記基準面に対して傾いて入射されるように偏
   向させる平面状の反射板を有し、 これら光源部、拡散板、反射板の組を前記基準面を間に
   して２組対向配置したことを特徴とする照明光学系。
2. 【請求項２】請求項１において、拡散板は平面状をな
   し、その表面に形成された溝部の方向は所定方向と平行
   であり、溝部の配列方向は前記所定方向と直交する関係
   にあることを特徴とする照明光学系。
3. 【請求項３】請求項１乃至請求項２において、拡散板か
   ら出射された光束は、基準面上の任意の１点に着目した
   とき、該基準面とのなす角度が鋭角状でかつ、互いの関
   係が略６０゜の角度ピッチで集光する略等しい光強度の
   ６つの光束からなることを特徴とする照明光学系。
4. 【請求項４】請求項３において、光束が基準面となす角
   度が１５゜乃至４５゜であることを特徴とする照明光学
   系。