JP2652661B2 - 走査式光学読み取り装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、被走査対象が近くにあるときと遠くにある
ときとのいずれの場合にも情報を正確に読み取ることの
できる走査式光学読み取り装置の改良に関する。

（発明の背景） 従来から、たとえば、第13図に示す走査式光学読み取
り装置が知られている。この第13図に示す走査式光学読
み取り装置は、手持ち式ものを示している。第13図にお
いて、１はケース、２はグリップ部であり、ケース１に
は半導体レーザー３、投光レンズ４、ポリゴンミラー
５、受光レンズとしての集光レンズ６、光電変換素子７
から概略構成された光学系が内蔵されている。

この従来の走査式光学読み取り装置では、射出レーザ
ービームＰはポリゴンミラー５によって被走査対象８に
向かう方向に偏向され、被走査対象８は射出レーザービ
ームＰによって走査される。射出レーザービームＰは被
走査対象８において反射されて戻りビームＰ′となる。
その戻りビームＰ′は受光レンズ６によって光電変換素
子７に結像される。走査式光学読み取り装置は、その光
電変換素子７の受光出力を電気的に処理するとにより被
走査対象８のバーコードパターン情報を読み取るもので
ある。

ところで、射出レーザービームＰは、波動光学的には
一点に収束されるものではなく、第14図に示すように、
ビームウェスト９よりも小さくならない。そして、射出
レーザービームＰはそのビームウェスト９より遠い側で
広がり、被走査対象８におけるビーム径２ωはビームウ
ェスト９の直径２φとビームウェスト９からの距離Ｚに
よって決まる。

ここで、被走査対象８におけるビーム径２ωが、第15
図に示すようにバーコードの最小バー間隔ｔよりも小さ
いとする。この場合には、射出レーザービームＰによっ
て被走査対象８に形成されるスポットがバーに跨らない
ので、バーコードパターン情報を正確に読み取ることが
できる。しかし、被走査対象８におけるビーム径２ω
が、バーコードの最小バー間隔ｔよりも大きいとき、射
出レーザービームＰによって被走査対象８に形成される
スポットがバーに跨ることになるので、バーコードパタ
ーン情報を正確に読み取ることが困難となる。すなわ
ち、従来の走査式光学読み取り装置は、最小バー間隔ｔ
に相当するビーム径２ω′によって定まる読み取り深度
ｄ内に被走査対象８が存在するき、バーコードパターン
情報の読み取りを正確に行なうことができる構成であ
る。なお、ビームウェスト９の直径２φは、投光レンズ
４からビームウェスト９までの距離ｌを投光レンズ４の
直径Ｄで割った値によって定まる。

そこで、従来は、読み取りたい被走査対象８までの距
離、バーコードパターンの最小バー間隔等を勘案して、
適宜に光学系を設計している。たとえば、遠くにある被
走査対象８のバーコードパターン情報を読み取りたい場
合には、第16図に示すように、射出レーザービームＰの
ビームウェスト９が遠くに形成されるように光学系を設
計する。

このようにビームウェスト９が遠くに形成されるよう
に、光学系を設計すると、ビームウェスト９の直径２φ
がビームウェスト９を近くに形成する場合に較べて大き
くなる一方、射出レーザービームＰの広がり角２θが小
さくなり、もって、読み取り深度ｄが長くなる。

よって、この場合には、遠くにある被走査対象８のバ
ーコードパターン情報を正確に読み取ることができるよ
うになるが、近くにある被走査対象８を正確に読み取る
ことが困難となる。

そこで、本件出願人は、被走査対象が近くにあるとき
と遠くにあるときとのいずれの場合でも、バーコード情
報を正確に読み取ることが可能な走査式光学読み取り装
置を提案した（たとえば、特願昭61−299675号明細書
（特開昭63−150778号公報）参照）。

（発明が解決しようとする課題） 上記の走査式光学読み取り装置によれば、被走査対象
８のバーコードパターン情報を正確に読み取ることがで
きる。しかし、周知のように、受光エネルギーは距離の
２乗に反比例して減衰する。すなわち、第17図に示すよ
うに、受光レンズ６に対して近い点Ｇに結像された出射
レーザービームＰの戻りビームＰ′を受光レンズ６によ
り受光する場合と、受光レンズ６に対して遠い点Ｈに結
像された出射レーザービームＰの戻りビームＰ′を受光
する場合について考えると、受光レンズ６の受光エネル
ギーは、受光レンズ６の面積をＳ、点Ｇまでの距離を
ｇ、点Ｈまでの距離をｈとすると、その点Ｇ、Ｈを見込
む立体角がそれぞれS/g²、S/h²となり、第18図に示すよ
うに、一般に受光エネルギーは距離の２乗に反比例して
減衰することになる。

したがって、被走査対象８が近くにあるときと遠くに
あるときとで、光電変換素子７の受光出力が大きく変動
することになる。

走査式光学読み取り装置では、この受光出力を読み取
り信号として２値化処理し、デコードするものである
が、受光出力の変動はデコードの際に好ましくない結果
をもたらす。そこで、走査式光学読み取り装置には、安
定した読み取り信号が得られるようにオートゲインコン
トロール回路が設けられている。たとえば、投光レンズ
からの距離が180mmの点Ｇから投光レンズ４からの距離
が600mmの範囲点Ｈまでの間でオートゲインコントロー
ルをかけようとすると、ゲインコントロールを矢印で示
す範囲でかけなければならないが、オートゲインコント
ロール回路のコントロール範囲には限度があり、受光出
力が大きく変動するとコントロールできない場合が生じ
る。

そこで、本発明の目的は、被走査対象が近いところに
あるときと遠いところにあるときとで、受光エネルギー
の安定化を図ることができ、ひいては、情報を正確に読
み取ることのできる走査式光学読み取り装置を提供する
ことにある。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、請求項１に記載の走査式
光学読み取り装置の構成は、 投光レンズを介して被走査対象に射出レーザービーム
を投光する投光部と、 前記被走査対象により反射された射出レーザービーム
を戻りビームとして受光する受光部と、 前記投光レンズから前記射出レーザービームのビーム
ウェストが形成される位置までの距離を周期的に変更す
るビームウェスト位置変更用光学部材と、 前記被走査対象が近くにあるときに前記受光部が受光
する受光エネルギーと遠くにあるときに前記受光部が受
光する受光エネルギーとの差異を少なくするために、前
記ビームウェスト位置変更用光学部材のビームウェスト
位置変更動作に同期して、前記ビームウェスト位置変更
用光学部材によりビームウェスト位置が相対的に近くな
るように変更されたときに前記射出レーザービームの光
量を減衰させる光量減衰手段と、 を有する構成とした。

また、請求項２に記載の走査式光学読み取り装置の構
成は、投光レンズを介して被走査対象に投光される射出
レーザービームの光源として直線的に配列された複数個
の発光点を有し、該複数の発光点を結んで得られる直線
を含む物平面が前記投光レンズの主点を含み光軸に垂直
な線に対して傾けられて前記物平面に対して空間的に傾
いた像平面を形成する投光部と、 前記被走査対象により反射された射出レーザービーム
を戻りビームとして受光する受光部と、 前記被走査対象が近くにあるときに前記受光部が受光
する受光エネルギーと遠くにあるときに前記受光部が受
光する受光エネルギーとの差異を少なくするために遠く
の結像点に対応する発光点から近くの結像点に対応する
発光点に向かって前記各発光点の発光量を漸次小さくな
るように設定した設定手段と、 を有する構成とした。

（実施例） 以下に、本発明に係る走査式光学読み取り装置の実施
例を図面を参照しつつ説明する。

第１図において、11は基台であり、この基台11には、
グリップ部にコアレスモータ12が設けられている。この
コアレスモータ12はネジ13、13によって基台11に取付け
られ、図示を略す引き金を引くと駆動されるものであ
る。コアレスモータ12の出力軸12aにはプーリ14が取付
けられている。出力軸12aはポリゴンミラー５の回転軸5
bに連結されている。ポリゴンミラー５はコアレスモー
タ12によって直接駆動される。プーリ14はベルト15を介
してプーリギヤ本体16に連結されている。プーリギヤ本
体16は回転軸17により基台11に回転自在に支承されてい
る。

基台11の上部には、取付け部11′が設けられている。
この取付け部11′には受光部18と投光部19とが設けられ
ている。受光部18は保持筒20、21を備えている。保持筒
20には光電変換素子７が保持されている。保持筒21には
受光レンズ６が保持されている。投光部19は保持筒22、
鏡筒23を備えている。保持筒22には半導体レーザー３が
保持されている。鏡筒23には投光レンズ４が保持されて
いる。

保持筒20はコアレスベアリング24を有する。コアレス
ベアリング24には回転保持部材25が嵌着されている。回
転保持部材25は第２図に示すようにリング形状とされて
いる。その回転保持部材25の中央部にはコアレスベアリ
ング24に嵌合される嵌合孔26が形成されている。回転保
持部材25の外周部にはギヤ部27が形成されている。この
ギヤ部27はプーリギヤ体16のギヤ部16aに噛合されてい
る。回転保持部材25はプーリギヤ体16の回転によってポ
リゴンミラー５と同期回転される。

回転保持部材25は外周部と中央部とを連結する連結部
25aを有すると共に、２個の半円形開口25bを有する。こ
の２個の半円形開口25bの一方には、平行平面板28が貼
り付けられ、他方には平行平面板28′が貼り付けられて
いる。この平行平面板28、28′には、たとえば、ガラ
ス、合成樹脂製のものを使用する。平行平面板28、28′
は、この実施例では、第３図に示すように投光レンズ４
を境に入射側に設けられている。しかし、平行平面板2
8、28′を投光レンズ４を境に射出側に設けることもで
きる。平行平面板28′には、吸収フィルターが設けられ
ている。平行平面板28、28′には、厚さ又は屈折率が異
なるもの、あるいは、厚さと屈折率とが互いに異なるも
のを用いる。ここで、平行平面板28、28′は屈折率が同
一で、その屈折率をｎ、また、厚さは互いに異なり、平
行平面板28の厚さをｋ、平行平面板28′の厚さをｋ′と
する。

平行平面板28は回転保持部材25の回転によって射出レ
ーザービームＰの光路Ｍを周期的に横切るものである。
平行平面板28が光路Ｍに進入すると、第３図に模式的に
示すように、射出側の見掛け上の光学距離は、（ｋ−
ｋ′）・（ｎ−１）/nだけ変化する。ここで、平行平面
板28、28′の厚さが同一で、屈折率が異なるときには、
射出側の見掛け上の光学距離は、平行平面板28の屈折率
をｎ、平行平面板28′の屈折率をｎ′、厚さをｋとする
と、ｋ〔（ｎ−１）/n−（ｎ′−１）/n′〕だけ変化す
る。

このため、平行平面板28が光路Ｍに進入すると、ビー
ムウェスト９の位置が、平行平面板28′が光路Ｍに進入
しているときのビームウェスト９が形成されている位置
に較べて遠い側に移動する。よって、平行平面板28は投
光レンズ４に対するビームウェスト９の位置を変更する
ビームウェスト位置変更用光学部材として機能する。な
お、その第３図において、ｆは投光レンズ４の焦点距離
を示す。

ここで、ポリゴンミラー５の反射面5aの個数をＮ個と
し、ポリゴンミラー５の１回転について回転保持部材25
が１回転するものとすると、平行平面板28が射出レーザ
ービームＰの光路Ｍを１回横切る度に、被走査対象８は
N/2回走査される。

すなわち、ポリゴンミラー５の半回転の期間中、平行
平面板28は光路Ｍから退避位置にあり、平行平面板28′
が光路Ｍに進入している。そのときに近くの点Ｇに存在
する被走査対象８に射出レーザービームＰを向けると、
第４図に示すような読み取り信号Ｓが得られる。この場
合、遠方の点Ｈに存在する被走査対象８に射出レーザー
ビームを向けるとノイズが得られる。ここで、平行平面
板28′に吸収フィルターが設けられていないとすると、
第６図に破線で示すように、近くに射出レーザービーム
Ｐのビームウェスト９を形成すればする程、受光エネル
ギーが距離の２乗に反比例して増大するため、読み取り
信号Ｓが増大することになる。しかし、この実施例で
は、たとえば、平行平面板28′に設けられた吸収フィル
タにより受光エネルギーを70％程度ダウンさせているの
で、被走査対象８が遠くの点Ｈにある場合と近くの点Ｇ
にある場合とでの受光エネルギーの差異が小さくなる。
すなわち、吸収フィルターが設けられた平行平面板28′
は、被走査対象が近くにあるときと遠くにあるときとで
受光部が受光する受光エネルギーの差異を少なくする光
量減衰手段として機能する。

次に、引き続くポリゴンミラーの半回転の期間中、平
行平面板28が進入すると、そのとき、遠くにある被走査
対象８に射出レーザービームＰを向けると、N/2回の走
査が行われて、第５図に示すように読み取り信号Ｓ′が
得られる。この場合、近くにある被走査対象８に射出レ
ーザービームを向けるとノイズNSが得られる。

また、この場合、被走査対象８が遠くにあるので、受
光レンズ６の受光エネルギーはもともと小さい。このよ
うに、この実施例によれば、被走査対象８が近くの点Ｇ
にあるときと遠くの点Ｈにあるときとで、受光レンズ６
の受光エネルギーの差異を小さくできるので、オートゲ
インコントロール回路のコントロール範囲の狭めること
ができ、もって、その回路構成の簡単化を図ることがで
きる。

なお、平行平面板28′を光量減衰手段として設ける代
わりに、第７図に示すように、同期回路100を設けて平
行平面板28の同期をとり、平行平面板28が光路Ｍに進入
していないときに、半導体レーザー駆動回路101により
注入電流を制御して、半導体レーザー３の発振出力を減
衰させる構成として、近くにある被走査対象８を走査す
るときの受光エネルギーを低減する構成とすることもで
きる。

第８図は、半導体レーザー３として、複数個の発光点
Ａ、Ｂ、Ｃを有するものを用いる構成としたもので、こ
の種の半導体レーザー３としては、光ディスクへの書き
込み、再生、消去に用いる３ビーム型のものがある。こ
の発光点Ａ、Ｂ、Ｃの間隔はたとえば約150μｍであ
る。半導体レーザー３は、発光点Ａ、Ｂ、Ｃと投光レン
ズ４とがティルト光学系を構成するように投光レンズ４
に対して傾けられている。

すなわち、半導体レーザー３の各発光点Ａ、Ｂ、Ｃを
含む物平面が投光レンズ４に対して傾けられ、像平面に
対して空間的に傾いた像平面が得られるようになってい
る。ここで、第９図に示すように、発光点Ａが光軸ｌ′
上に定めると、その結像点Ａ′は光軸ｌ′上に定まる。
また、発光点Ａと発光点Ｂとを結ぶ延長線Ｙと投光レン
ズ４の主点を通り光軸ｌ′に垂直な垂直線Ｘ′との交点
を符号Ｑ′で示すことにすると、発光点Ｂの結像点Ｂ′
は交点Ｑ′と結像点Ａ′とを結ぶ直線Ｚ′上にあって、
投光レンズ４の中心O₁を通る直線P₁の交点として定ま
る。同様に発光点Ｃの結像点Ｃ′も直線P₂と直線Ｚ′と
の交点として定まる。一般に、物平面を投光レンズ４に
対して傾けると、延長線Ｙ上の発光点に対する結像点は
直線Ｚ′上にあるというシャインプルフの法則があり、
その発光点Ａ、Ｂ、Ｃの各結像点が射出レーザービーム
Ｐの幾何学的なビームウェスト９が形成される位置であ
る。

たとえば、投光レンズ４の焦点距離ｆを、ｆ＝4.5mm
に設定し、第10図に拡大して示すように、発光点Ａと中
心O₁との距離AO₁を4.639mmとし、発光点Ａ、Ｂ、Ｃを結
ぶ延長線Ｙが投光レンズ４に対して為す角度をθ′を、
θ′＝10゜に定めると、発光点Ｂと中心O₁との距離BO₁
は4.615mm、発光点Ｃと中心O₁との距離は4.596mmとな
り、中心O₁から結像点Ａ′までの距離O₁A′は150mm、中
心O₁から結像点Ｂ′までの距離O₁B′は181mm、中心O₁か
ら結像点Ｃ′までの距離O₁C′は215mmとなる。

ここで、第11図に示すように、各発光点Ａ、Ｂ、Ｃに
注入電流を供給する半導体レーザー駆動回路102、103、
104を、遠くの結像点Ｃ′から近くの結像点Ａ′に向か
って発光点Ｃ、Ｂ、Ａの発光エネルギーが漸次小さくな
るように設定しておくと、第12図に示すように、近くの
結像点Ａ′からの戻りビームＰ′を受光レンズ６が受光
したときの受光エネルギーと遠くの結像点Ｃ′からの戻
りビームＰ′を受光レンズ６が受光したときの受光エネ
ルギーとの差異を小さくできる。

すなわち、半導体レーザー駆動回路102〜104は、被走
査対象が近くにあるときと遠くにあるときとで受光部が
受光する受光エネルギーの差異を少なくする設定手段と
して機能する。よって、たとえば、発光点Ｃの発光量に
対して発光点Ａの発光量を40％、発光点Ｂの発光量を60
％とすれば、被走査対象が近くにあるときと遠くにある
ときとで受光部が受光する受光エネルギーの差異が小さ
くなり、第１実施例と同様に、オートゲインコントロー
ルのコントロール範囲を小さく設定できる。

以上第１、第２実施例について説明したが、本発明は
これに限らず、以下のものを含むものである。

実施例では、平行平面板の個数が２個であるが、厚さ
又は屈折率の異なる任意の個数を設ける構成とすること
ができる。

実施例では、ビームウェスト変更用光学部材として平
行平面板を用いる構成について説明したが、平行平面板
の代りに、シリンドリカルレンズ、くさび形状光学部
材、凸レンズを用いることもできる。

（発明の効果） 本発明に係る走査式光学読み取り装置は、以上説明し
たように構成したので、被走査対象が近くにあるときと
遠くにあるときとで、受光部における受光エネルギーの
差異を小さくすることができ、ゲインコントロール回路
等のデコーダ側の回路構成の簡単化を図ることができ、
ひいては、情報を正確に読み取ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る走査式光学読み取り装置の概略構
成図、 第２図は第１図に示されている回転保持部材の平面図、 第３図は本発明に係る走査式光学読み取り装置の作用を
説明するための光学図、 第４図、第５図は本発明に係る走査式光学読み取り装置
による読み取り信号の説明図、 第６図は本発明に係る投光レンズからビームウェストが
形成される位置までの距離と受光部の受光エネルギーと
の関係を示すグラフ、 第７図は本発明に係る光量減衰手段の他の例を示すブロ
ック回路図、 第８図〜第12図は本発明に係る走査式光学読み取り装置
の他の実施例を説明するための図であって、 第８図は半導体レーザーの平面図、 第９図は第８図に示す半導体レーザーと投光レンズとの
光学的配置関係を示す図、 第10図は第９図の部分拡大図、 第11図は本発明に係る設定手段のブロック回路図、 第12図は本発明に係る投光レンズからビームウェストが
形成される位置までの距離と受光部の受光エネルギーと
の関係を示すグラフ、 第13図は従来の走査式光学読み取り装置の一例を示す概
略図、 第14図は射出レーザービームのビームウェストを投光レ
ンズの近くに形成したときの光学図、 第15図は射出レーザービームのスポットとバーコードパ
ターンとの関係を示す説明図、 第16図は射出レーザービームのビームウェストを投光レ
ンズの遠くに形成したときの光学図、 第17図は、受光レンズからビームウェストまでの距離を
示す光学図、 第18図は投光レンズからビームウェストまでの距離と受
光部が受光する受光エネルギーとの関係を示すグラフ、 である。 ３……半導体レーザー ４……投光レンズ（投光部） ６……受光レンズ（受光部） ７……光電変換素子 28……平行平面板（ビームウェスト位置変更用光学部
材） 28′……平行平面板（光量減衰手段） 101……半導体レーザー駆動回路（光量減衰手段） 102〜104……半導体レーザー駆動回路（設定手段）

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】投光レンズを介して被走査対象に射出レー
   ザービームを投光する投光部と、 前記被走査対象により反射された射出レーザービームを
   戻りビームとして受光する受光部と、 前記投光レンズから前記射出レーザービームのビームウ
   ェストが形成される位置までの距離を周期的に変更する
   ビームウェスト位置変更用光学部材と、 前記被走査対象が近くにあるときに前記受光部が受光す
   る受光エネルギーと遠くにあるときに前記受光部が受光
   する受光エネルギーとの差異を少なくするために、前記
   ビームウェスト位置変更用光学部材のビームウェスト位
   置変更動作に同期して、前記ビームウェスト位置変更用
   光学部材によりビームウェスト位置が相対的に近くなる
   ように変更されたときに前記射出レーザービームの光量
   を減衰させる光量減衰手段と、 を有する走査式光学読み取り装置。
2. 【請求項２】投光レンズを介して被走査対象に投光され
   る射出レーザービームの光源として直線的に配列された
   複数個の発光点を有し、該複数の発光点を結んで得られ
   る直線を含む物平面が前記投光レンズの主点を含み光軸
   に垂直な線に対して傾けられて前記物平面に対して空間
   的に傾いた像平面を形成する投光部と、 前記被走査対象により反射された射出レーザービームを
   戻りビームとして受光する受光部と、 前記被走査対象が近くにあるときに前記受光部が受光す
   る受光エネルギーと遠くにあるときに前記受光部が受光
   する受光エネルギーとの差異を少なくするために遠くの
   結像点に対応する発光点から近くの結像点に対応する発
   光点に向かって前記各発光点の発光量を漸次小さくなる
   ように設定した設定手段と、 を有する走査式光学読み取り装置。