JP2725634B2 - 光学情報読取装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バーコードリーダ等の
コードからの反射光を結像させて、その像からコードの
情報を読み取る光学情報読取装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】記録票に記録されたコード（例えば、バ
ーコード）の全体に光を照射してその画像をＣＣＤ等の
撮像素子に結像して、そのコードの情報を読み取る光学
情報読取装置において、従来、光学情報読取装置の読取
口を、そのコードに、ほぼ密着状態、あるいはかなり近
い距離（３０ｍｍ弱）に配置して、コードの読み取りを
行っていた。このようなバーコードリーダとしては、実
開平３−１１３４５５号あるいは米国特許公報Pat.No.
５，１９８，６４８が挙げられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このタイプの光学情報
読取装置においては、読取作業の効率化等の観点からも
っと離れた位置のコードを読み取る技術が要望されてい
る。しかし、図７に示すごとく撮像素子Ｃの視野は結像
レンズＬと撮像素子Ｃとの距離により決定され、その画
角θにて読取口Ｇ外部のコードＢが撮像素子Ｃ上に結像
されるため、コードＢが読取口Ｇすなわち結像レンズＬ
から離れれば離れるほど、撮像素子Ｃ上に結像するコー
ドＢの画像は小さくなる。

【０００４】光学情報読取装置に用いられる撮像素子、
例えば一般的に用いられる受光素子がリニアに配列され
たＣＣＤセンサにてバーコードを読み取る場合を考える
と、読取口Ｇの近傍でバーコードを読み取った場合に
は、図８（ａ）に示すごとく、ＣＣＤセンサ上にはバー
コードの各バーの像が、すべて十分な幅で結像する。す
なわち、最小幅のバーにおいても、ＣＣＤセンサの読み
取りの限界（分解能）である２．５画素以上、すなわち
受光素子２．５個以上の幅で結像する。明暗共に各バー
が２．５画素以上の幅があれば、ＣＣＤセンサの出力は
最大の振幅が得られ、各バーが正確に検出できる。

【０００５】しかし、読取口Ｇからバーコードが離れれ
ば離れるほど、ＣＣＤセンサ上のバーコードの像は小さ
くなるため、図８（ｂ）に示すごとく、各バーの像、特
に最小幅のバーの像が、ＣＣＤセンサの２．５画素すな
わち２．５個分の受光素子に満たなくなる。２．５画素
に満たなくなると、ＣＣＤセンサの出力の振幅が小さく
なり、結果として、正確に明暗を二値化することができ
ず、誤った情報を読み取る恐れが出て来る。

【０００６】このようにコードが読取口から離れるほど
撮像素子の分解能の壁に突き当り、結像レンズの性能や
光量等の他の要件が十分に満たされていても、コードを
読み取ることは不可能となる。これを解決するものとし
て、更に別のレンズを結像レンズＬと読取口Ｇとの間に
設けることにより、画角θを狭めて、撮像素子上の結像
を拡大することが考えられる。しかし、この方法には、
次のような問題がある。

【０００７】すなわち、もう一枚のレンズが加わること
により、レンズ系全体の収差が大きくなって、分解能が
低下したり、ぼけが増幅されるため、結像が拡大されて
も撮像素子上の結像がきわめて不鮮明となり、結局、撮
像素子にて正確に読み取ることができなくなった。

【０００８】更に、レンズ自体のベストフォーカス面
は、図９に示すごとく、レンズの主点を中心とする球面
をなしていることから、一般に平面上に結像させると、
ベストフォーカス面と結像面とは、結像の周辺部では離
れているのでぼけが発生するが、一枚の結像レンズでは
そのぼけが問題なくても、別のレンズが加わると、ベス
トフォーカス面が結像面から更に離れて、そのぼけが増
幅される。このため、撮像素子の中心では鮮明な拡大画
像が得られても、周辺部では読み取りに影響するほどの
不鮮明さとなってしまった。

【０００９】前述した実開平３−１１３４５５号では、
縦方向の視野を広げるために、凸面鏡を用いているた
め、コードＢが読取口Ｇより離れることによる前記問題
が、一層増幅されて表れるため、読取口Ｇ直前でなくて
はコードＢを読み取ることはできず、離れた位置のコー
ドの読み取り等はバーが小さくなり過ぎてまったく不可
能である。

【００１０】また、米国特許公報Pat.No.５，１９８，
６４８では、結像レンズと撮像素子との間、あるいは結
像レンズと被写体との間に凹面鏡が配置されている。し
かしこの凹面鏡は、バーコードのバーの配列とは直角方
向で湾曲することにより、結像レンズから撮像素子まで
の光路距離を複数として、結果として被写体までの複数
の距離に対して、撮像素子上に結像させようとするもの
である。したがって、疑似的に被写界深度が深くなるの
みであり、撮像素子の分解能をまったく考慮していず、
各バーの幅は拡大することはないので、やはり遠く離れ
たバーコードは、そのバーの幅が撮像素子の分解能を下
回り、読み取りが正確にできなかった。

【００１１】上記問題は、バーコードのみでなく、２次
元的にパターンを配置した、いわゆる２次元コードにお
いても同様であった。本発明は、このような従来の光学
情報読取装置における問題点を解決し、外部のバーコー
ド等のコードを、撮像素子上に十分な大きさでかつ鮮明
に結像させることにより、離れた位置に外部のコードが
存在しても、十分に読み取ることを可能とすることを目
的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
バーコードの反射光を導入し、結像レンズにより撮像素
子上に結像して、該バーコードの情報を電気信号に変換
する光学的情報読取装置であって、前記結像レンズより
も外部側に、前記バーコードのバーの配列方向に凹状に
形成されている凹面鏡を備え、前記結像レンズの主点が
ほぼ前記凹面鏡の焦点に配置されているとともに、前記
凹面鏡にて前記バーコードの反射光を一旦反射させた
後、前記結像レンズにより前記撮像素子上に結像させる
ことを特徴とする光学情報読取装置である。

【００１３】請求項２記載の発明は、２次元コードの反
射光を導入し、結像レンズにより撮像素子上に結像し
て、該２次元コードの情報を電気信号に変換する光学的
情報読取装置であって、前記結像レンズよりも外部側
に、球面あるいは放物面からなる凹面鏡を備え、前記結
像レンズの主点がほぼ前記凹面鏡の焦点に配置されてい
るとともに、前記凹面鏡にて前記２次元コードの反射光
を一旦反射させた後、前記結像レンズにより前記撮像素
子上に結像させることを特徴とする光学情報読取装置で
ある。

【００１４】

【作用及び発明の効果】 本発明の光学情報読取装置は、
結像レンズよりも外部側に、バーコードのバーの配列方
向に凹状に形成されている凹面鏡を備えるとともに、結
像レンズの主点がほぼ凹面鏡の焦点に配置されている。
この凹面鏡にて前記バーコードの反射光を一旦反射させ
た後、前記結像レンズにより撮像素子上に結像させてい
る。

【００１５】バーコードのバーの配列方向に凹状に形成
されている凹面鏡による反射光を結像レンズに導くこと
により、少なくとも結像レンズに入射するバーコードの
バーの配列方向の画角は、凹面鏡が無い場合に比較し
て、狭めることができる。したがって、凸レンズを加え
たごとく、遠方のバーコードのバーの配列方向の画像を
拡大して、撮像素子上に結像させることができる。しか
も、この拡大はレンズの屈折により画角を狭めるのでは
なく、反射により画角を狭めているので、レンズ系全体
の収差や結像周辺部のぼけは増加しない。

【００１６】このため、拡大された鮮明な結像が、撮像
素子上に得られる。 更に、凹面鏡にて反射することに伴
い、結像周縁部でのバーコードからの光路距離と中央部
での光路との差が、凹面鏡が無い場合や平面反射板に比
較して、短くなるので、撮像素子の周縁部でのベストフ
ォーカス位置が、撮像素子に近づき 、前述したベストフ
ォーカス面が球面であるために生じたぼけが改善され
る。

【００１７】前記凹面鏡は、単にバーコードのバーの配
列方向に凹状に形成されているもの、すなわち、平面状
の反射板を円弧や放物線の形に曲げた形状の凹面鏡であ
っても良いが、球面や放物面であっても良い。また、こ
の凹面鏡は滑らかなカーブで形成されていなくても、多
数の小平面反射板を配列し、各小平面反射板の各傾きを
円弧や放物線の接線の傾きに合わせることにより構成し
たものでも良い。

【００１８】また、読取対象が２次元コードである場合
には、凹面鏡としては、球面あるいは放物面からなる凹
面鏡を用い、結像レンズの主点がほぼ凹面鏡の焦点に配
置されている。この場合の凹面鏡も、滑らかな曲面で構
成されていなくても、多数の小平面反射板を配列し、各
小平面反射板の各傾きを球面や放物面の接平面の傾きに
合わせることにより構成したものでも良い。

【００１９】更に、前述した各凹面鏡は、結像レンズの
主点がほぼ凹面鏡の焦点に配置されている。このことに
より、凹面鏡が無い場合あるいは平面反射板の場合に比
較して、画角が狭まり、視野の範囲が距離に応じて変化
しない状態となる。このような設定をした場合には、バ
ーコードで言えば、凹面鏡が無い場合あるいは平面反射
板の場合に比較して、凹面鏡の位置は、中央部に行くほ
ど、バーコードからも撮像素子からも斜め方向に離れて
いる。したがって、バーコードと凹面鏡との間の光路
は、中央部に行くほど長くなり、両側に行くほど短くな
る。また、凹面鏡と撮像素子との間の光路も、凹面鏡が
無い場合あるいは平面反射板の場合に比較して、中央部
と両側とで差が小さくなる。このことから、ベストフォ
ーカスの位置が、凹面鏡が無い場合あるいは平面反射板
の場合には、結像レンズの主点から等距離の球面状であ
っても、凹面鏡のために、中央部と両側とで光路の差が
小さくなって撮像素子全体がベストフォーカスの位置に
近づき、撮像素子の両端での結像の鮮明度が改善され
る。

【００２０】

【実施例】本発明の一実施例について、図１〜図４に基
づいて説明する。図１はバーコードリーダ４の概略断面
図であり、図２はその制御系統のブロック図である。バ
ーコードリーダ４は、本体ケース１２、読取部１４、デ
ータ処理出力部１６、および電源部１８を備えている。

【００２１】本体ケース１２の前方部の内部には読取部
１４が配置され、また、本体ケース１２の後方部は操作
者が手で握るための把持部２０を形成している。本体ケ
ース１２の前方部の下部には、開口部２２が設けられ、
開口部２２には、防塵プレート２４が配置されて、開口
部２２を閉塞している。このことにより、塵が開口部２
２から本体ケース１２内部に侵入するのを防止してい
る。また、防塵プレート２４は、少なくとも下に述べる
赤色の光は通過可能である。

【００２２】読取部１４は、照明用赤色発光ダイオード
２６、発光駆動回路２８、集光レンズ３０、凹面反射鏡
３２、結像レンズ３４および光学的センサ３６を備えて
いる。発光駆動回路２８により照明用赤色発光ダイオー
ド２６が発光すると、その赤色光は防塵プレート２４を
通過して、本体ケース１２外部のバーコード８を照射す
る。バーコード８により反射された赤色光は再度防塵プ
レート２４から本体ケース１２内に入り、凹面反射鏡３
２で反射されて、結像レンズ３４に入射して受光素子が
リニアに配列された光学的センサ３６にバーコード８の
像を、その各バーの配列方向と光学的センサ３６の受光
素子との配列方向とが同じ方向で結像させる。このバー
コード８の像を光電変換して読み取った光学的センサ３
６は、像のパターンを表す電気信号としてデータ処理出
力部１６側に出力する。

【００２３】本体ケース１２内部のデータ処理出力部１
６には、基板３８上に、波形整形部４０、メモリ４２、
マイクロコンピュータ４４、およびレジスタ等の本体装
置への出力回路４６が備えられている。データ処理出力
部１６は、読取部１４からバーコード８の読み取りデー
タを、波形整形部４０を介して入力すると、マイクロコ
ンピュータ４４の処理により、そのデータをデコードし
て、バーコード８が表している情報を得、その情報をメ
モリ４２に一旦記憶する。次に、このメモリ４２内に記
憶された情報を出力回路４６により、シリアル信号とし
て本体装置へ送信する。

【００２４】また読取部１４が収納されている部分の、
光路に影響しない位置に、ブザー装置４８が設けられ、
マイクロコンピュータ４４にてバーコード８のデコード
に成功した場合に、ブザー装置４８を鳴動させるように
している。また、電源部１８は、電池１８ａが電源とし
て収納されている。

【００２５】マイクロコンピュータ４４は、ＣＰＵ，Ｒ
ＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏ等を備えて、上述したデータ処理
出力部１６としての処理を実行している。ここで、バー
コード８からの反射光による結像状態を図３の斜視図に
示す。ここで、凹面反射鏡３２は、バーコード８からの
光をその凹面にて結像レンズ３４側に反射させている。
凹面反射鏡３２は、その凹面が、円弧状あるいは放物線
状に滑らかに湾曲している面から形成されている。従来
のごとく、平面鏡の反射にてあるいは反射せずにバーコ
ード８からの光を結像レンズ３４側に入射させた場合に
は、バーコード８が存在する面上では、Δｄ０の範囲が
光学的センサ３６上に結像するが、本実施例では、凹面
反射鏡３２にて反射させているので、画角が狭まり、Δ
ｄ１の範囲が光学的センサ３６上に結像する。

【００２６】したがって、従来に比較して、バーコード
８の各バーは、Δｄ０／Δｄ１に拡大されて、光学的セ
ンサ３６上に結像する。従来では、破線で示すごとく極
めて開口部２２に近い位置まで、バーコード８に近づか
ないと、バーコード８の各バーが光学的センサ３６の分
解能を下回って、正確な読み取りが不可能であったが、
凹面反射鏡３２により、バーコード８のバーの配列方向
の画角が狭まったために、開口部２２から遠く離れて
も、バーコード８の各バーの結像が光学的センサ３６の
分解能以上である状態が維持でき、バーコード８の内容
を正確に読み取ることが可能となる。このため、バーコ
ードリーダ４をバーコード８に接近させなくても、バー
コード８の読み取りが可能となり、読み取りの作業効率
が向上する。

【００２７】また、この場合、凹面反射鏡３２に対して
結像レンズ３４を、図４に示すごとく、結像レンズ３４
の主点Ｐが凹面反射鏡３２の焦点Ｆに重なるように配置
しているので、凹面反射鏡３２が無い場合あるいは平面
反射板の場合に比較して、画角が角度α１だけ狭まり、
視野の範囲Δｄ１が距離に応じて変化しない状態とな
る。このような設定をしているので、凹面反射鏡３２が
無い場合あるいは平面反射板の場合に比較して、図３に
示すごとくバーコード８の両端の位置Ｐ10，Ｐ30が光学
的センサ３６上の両端Ｐ12，Ｐ32で結像するまでの光路
Ｐ10−Ｐ11−Ｐ12，Ｐ30−Ｐ31−Ｐ32の長さは、バーコ
ード８の中心の位置Ｐ20が光学的センサ３６上の中心Ｐ
22で結像するまでの光路Ｐ20−Ｐ21−Ｐ22の長さに近く
なる。

【００２８】すなわち、凹面反射鏡３２の位置は、中央
部に行くほど、バーコード８からも光学的センサ３６か
らも斜め方向に離れている。したがって、バーコード８
と凹面反射鏡３２との間の光路は、中央部に行くほど長
くなり、両側に行くほど短くなる。また、凹面反射鏡３
２と光学的センサ３６との間の光路も、凹面反射鏡３２
が無い場合あるいは平面反射板の場合に比較して、中央
部と両側とで差が小さくなる。

【００２９】このことから、前述したごとく、ベストフ
ォーカスの位置が、凹面反射鏡３２が無い場合あるいは
平面反射板の場合には、結像レンズ３４の主点から等距
離の球面状であっても、凹面反射鏡３２のために、中央
部と両側とで光路の差が小さくなって光学的センサ３６
の受光素子全体がベストフォーカスの位置に近づき、光
学的センサ３６の両端での結像の鮮明度が改善される。

【００３０】本実施例は、このように反射鏡に凹面反射
鏡３２を採用しているので、開口部２２から離れた位置
のバーコード８を読み取る場合も、画像が従来のように
小さくならない。したがって、バーコード８の各バーの
結像が光学的センサ３６の分解能を下回ることが無く、
正確な読み取りができる。また、レンズを使用していな
いので、収差が増加せず、結像は平面反射鏡を用いた場
合と同じ鮮明さを維持 し、読み取りに影響することがな
い。また、結像の周辺と中央部との光路の差は従来より
も小さくなり、光学的センサ３６の表面全体がベストフ
ォーカス面に近づくので、より画像が鮮明化する傾向に
ある。

【００３１】［その他］ 上述した実施例では、凹面反射鏡３２の凹面が、円弧状
あるいは放物線状に滑らかに湾曲している面であった
が、このような完全な曲面を用いなくとも、図５（ａ）
に示す小平面により構成されている凹面であっても良
い。すなわち、凹面反射鏡５２は、多数の小平面５４か
ら構成されている。この小平面５４は隣接する小平面５
４とそれぞれ所定の角度で接続されていることにより、
凹面反射鏡５２全体では、前実施例の凹面反射鏡３２と
同じ湾曲が達成されている。このように個々には平面で
も、それらを多数用いて、その各反射面を円弧あるいは
放物線の接線の角度に配列することにより、ほとんど前
実施例の凹面反射鏡３２と同様な働きをさせることがで
きる。

【００３２】前実施例では、凹面反射鏡３２は、バーコ
ード８の各バーが配列している方向にのみ、湾曲して、
凹面状を形成していたが、図５（ｂ）に示すごとく、更
にバーコード８の各バーの配列方向とは直角方向にも凹
面上に湾曲していても良い。図５（ｂ）に示すごとく、
凹面反射鏡６２は、矢印Ｈで示すバーコード８の各バー
が配列している方向に湾曲していると共に、矢印Ｖで示
すバーコード８の各バーの配列方向とは直角方向にも湾
曲している。すなわち、凹面反射鏡６２は球面あるいは
放物面からなる凹面を形成している。

【００３３】また、図５（ｃ）に示すごとくの、２次元
的に明暗のパターンを配置した２次元コードの読み取り
については、図５（ｂ）に示した球面あるいは放物面の
凹面を有する凹面反射鏡６２を使用することにより、２
方向において画角が狭まる。このことにより、２次元に
配列されたパターンの結像が、２次元の撮像素子上にて
その分解能を下回ることがなくなるので、正確な２次元
コードの読み取りが可能となる。また、レンズを使用し
ていないので、収差が増加せず、結像は平面反 射鏡を用
いた場合と同じ鮮明さを維持し、読み取りに影響するこ
とがない。また、光路の距離的にも２次元コードの中央
部と周辺部とで、従来よりも差が小さくなるので前記実
施例と同様に、より鮮明な結像が得られる。勿論、２次
元コードを読み取るＣＣＤは、受光素子はリニアでな
く、２次元に配列しているものを用いる。

【００３４】更に、図５（ａ）に示した小平面５４を接
続した凹面反射鏡５２以外に、小平面を用いた凹面反射
鏡として、図６に示すような凹面反射鏡７２としても良
い。すなわち、ガラスやプラスチックあるいは金属の基
板７４上に、階段状に小平面７６ａ，７６ｂを刻み込ん
だものであり、中央部の小平面７６ａから周辺部の小平
面７６ｂに行くにしたがい、その小平面７６ａ，７６ｂ
の角度が内側を向くように形成されている。このことに
より、図５（ａ）の場合とほぼ同じ効果が得られる。こ
の凹面反射鏡７２の場合には、全体が湾曲していないの
で、バーコードリーダ４内でスペースを取らず、バーコ
ードリーダ４の小型化に貢献する。

【００３５】前記実施例では照明用赤色発光ダイオード
２６を用いて、バーコード８を照射したが、自然光が十
分に存在する場所での使用であれば、照明用赤色発光ダ
イオード２６を設けなくても読み取りは可能である。ま
た、バーコードリーダ４自体に照明用赤色発光ダイオー
ド２６を組み込まなくても、別に設けた照明装置でバー
コード８を照明しても良いし、照明用赤色発光ダイオー
ド２６をバーコードリーダ４に組み込んでいても、補助
照明装置として外部の照明装置を用いても良い。

【００３６】また撮像素子としての光学的センサ３６
は、ＣＣＤでも良く、またフォトダイオード等でも良
く、光の強度分布を検出できるセンサであれば良い。 ま
た、結像レンズとして独立した結像レンズ３４を用いた
が、光学的センサ３６に結像用の光学レンズが組み込ま
れていれば、独立した結像レンズ３４を用いなくても良
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例のバーコードリーダの概略断面図であ
る。

【図２】 その制御系統のブロック図である。

【図３】 バーコードからの反射光による結像状態を説
明する斜視図である。

【図４】 凹面反射鏡の焦点と結像レンズの主点との位
置関係と画角との関係を示す説明図である。

【図５】 他の凹面反射鏡の例および他のコードパター
ンを示す説明図である。

【図６】 他の凹面反射鏡の例を示す説明図である。

【図７】 従来の光学情報読取装置とコードとの位置関
係と視野との関係を示す説明図である。

【図８】 従来のＣＣＤセンサにおいて結像するバーコ
ードのバーの幅と出力との関係を示す説明図である。

【図９】 結像レンズにおけるベストフォーカス面を示
す説明図である。

【符号の説明】

４…バーコードリーダ ８…バーコード １４…
読取部 １６…データ処理出力部 １８…電源部 ２２…開
口部 ２４…防塵プレート ２６…照明用赤色発光ダイオー
ド ２８…発光駆動回路 ３０…集光レンズ ３２…凹
面反射鏡 ３４…結像レンズ ３６…光学的センサ ４０…波
形整形部 ４２…メモリ ４４…マイクロコンピュータ ４６
…出力回路 ５２，６２，７２…凹面反射鏡 ５４…小平面 ７
４…基板 ７６ａ，７６ｂ…小平面

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バーコードの反射光を導入し、結像レンズ
   により撮像素子上に結像して、該バーコードの情報を電
   気信号に変換する光学的情報読取装置であって、 前記結像レンズよりも外部側に、前記バーコードのバー
   の配列方向に凹状に形成されている凹面鏡を備え、前記
   結像レンズの主点がほぼ前記凹面鏡の焦点に配置されて
   いるとともに、前記凹面鏡にて前記バーコードの反射光
   を一旦反射させた後、前記結像レンズにより前記撮像素
   子上に結像させることを特徴とする光学情報読取装置。
2. 【請求項２】２次元コードの反射光を導入し、結像レン
   ズにより撮像素子上に結像して、該２次元コードの情報
   を電気信号に変換する光学的情報読取装置であって、 前記結像レンズよりも外部側に、球面あるいは放物面か
   らなる凹面鏡を備え、前記結像レンズの主点がほぼ前記
   凹面鏡の焦点に配置されているとともに、前記凹面鏡に
   て前記２次元コードの反射光を一旦反射させた後、前記
   結像レンズにより前記撮像素子上に結像させることを特
   徴とする光学情報読取装置。