JP2741621B2

JP2741621B2 - レーザー読取器

Info

Publication number: JP2741621B2
Application number: JP1181344A
Authority: JP
Inventors: 光規飯間; 幹生堀江; 正寿高野
Original assignee: 旭光学工業株式会社
Priority date: 1989-05-25
Filing date: 1989-07-12
Publication date: 1998-04-22
Anticipated expiration: 2013-04-22
Also published as: JPH0373082A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、対象物に向けてレーザー光を発すると共
に、対象物で反射された光を受光して対象物の反射率の
違いを検出するレーザー読取器の改良に関するものであ
る。

［従来の技術］この種の読取器としては、例えばいわゆるペン型のバ
ーコードリーダーがある。

従来のペン型バーコードリーダー１の光学系は、第８
図に概略的に示したような構成とされている。

図中の符号1aはバーコードリーダーのケーシングであ
り、このケーシング1a内に光源となる発光ダイオード
（LED）２と受光素子３とが設けられている。発光ダイ
オード２から発した光は、集光素子４を介して読取対象
としてのバーコードパターン（図示せず）を照明すると
共に、このバーコードパターンで反射されて再び集光素
子４を介してケーシング1a内に入射し、入射した反射光
の一部は光ファイバー５を介して受光素子３に導かれ
る。

バーコードパターンの読取に際しては、集光素子４と
バーコードパターンとを接触させた状態でリーダーを走
査させる。これにより、受光素子３は走査によるバーコ
ードパターンの反射率の変化に対応してバーコードパタ
ーンの持つ情報を検知することができる。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上述したような従来のバーコードリー
ダーは、読取深度が極端に浅く、集光素子４とバーコー
ドパターンとが離間すると読取不能となってしまう。従
って、バーコードパターンのプリントされた面が滑らか
でない場合、例えば可撓性のある袋等にプリントされて
いる場合にはプリント面に生じた凹凸によって走査中に
集光素子４とバーコードパターンとが離間し、読取が不
能となる虞があった。

そこで、近時、光源として半導体レーザーを用いるこ
とにより読取光の光量の増加、収束性の向上を図り、対
象物に対して非接触の状態でも読取を可能としたレーザ
ー読取器が提案されている。

但し、対象物に非接触の状態でバーコードパターンを
読み取るためには、対象物のどの箇所をレーザー光が走
査しているかを視認して確認できるようにすることが前
提となる。しかし、一般に用いられている半導体レーザ
ーは赤外発光タイプであり、対象物をそのまま走査した
としても走査位置を肉眼で確認することはできない。

半導体レーザーとして可視発光タイプを用いる構成と
すれば走査位置の視認は可能であるが、可視発光タイプ
の半導体レーザーは発熱量が大きく、熱暴走を起こし易
いため、信頼性を確保するという点において連続点灯に
よる使用は困難である。

また、従来の構造では、半導体レーザーや受光素子、
投光レンズ等の光学素子がケーシングに対してそれぞれ
独立して固定されているため、組み付け後の調整が行い
難いという問題がある。

［発明の目的］この発明は、上述した各問題点に鑑みてなされたもの
であり、読取対象との間が離間した場合にも読取を実行
でき、信頼性を確保できるように赤外レーザーを用いた
場合にも、現在読取用のレーザー光が走査している位置
を容易に確認できるレーザー読取器の提供を目的とす
る。

また、光学素子の調整が容易なレーザー読取器の提供
を目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明に係るレーザー読取器は、上記の目的を達成さ
せるために、対象物に向けて赤外のレーザー集束光を発
するレーザー投光部と、該レーザー投光部の光路中に設
けられて前記レーザー集束光の進行方向を変えずに透過
させると共に、前記対象物により反射されたレーザー反
射光束を前記レーザー投光部とは異なる方向に集光させ
る集光レンズと、前記レーザー反射光束の集光位置に設
けられて前記レーザー反射光束の反射光量を検出する受
光素子と、可視光を発するガイド投光部と、前記レーザ
ー投光部と前記集光レンズとの間に設けられて前記ガイ
ド投光部からの可視光束を前記集光レンズ側に反射させ
ると共に、前記レーザー集束光を透過させる光分割素子
とを備えることを特徴とする。

［作用］この発明に係るレーザー読取器は、上述したような構
成としたため、レーザー投光部から発する集束光は光分
割素子を介して対象物に達する。そして、この対象物に
より反射されたレーザー光は、集光レンズを介して受光
素子に向けて集光され、再び光分割素子を介して受光素
子に達する。一方、ガイド投光部から発した光束は、光
分割素子によって反射されると共に、集光レンズを介し
て対象物側に集光され、走査位置を示すガイド用のスポ
ットを形成する。

［実施例］以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

《第１実施例》第１図〜第５図に基づいて説明する。

図示せぬ対象物へ向けて図中左側へ赤外のレーザー集
束光（波長780nm）を投光するレーザー投光部は、半導
体レーザー10と投光レンズ11とから構成されている。こ
のレーザー投光部は、対象物の持つ情報の空間周波数に
対して読取可能なビーム径を、ビームウェスト前後のＱ
〜Ｒの区間で維持するよう設定されている。

対象物によって反射された光束は、集光レンズ20を介
して受光素子13へ向けて集光される。この際、対象物側
の点Q,Rからの反射光は、それぞれ集光レンズ20を介し
てＱ′,R′の位置に集光する。

受光素子13は、読取深度の両端Q,Rにある対象物から
の反射光を均一レベルで読み取るために、この読取深度
内の遠方限界Ｑと共役な点Ｑ′に一致して配置されてい
る。

反射光の光量レベルは、受光素子から対象物までの距
離の二乗に反比例する。従って、良取り範囲内における
最も遠い部分Ｑからの反射光量を最も有効に集光させ、
近い部位Ｒからの反射光が分散するような位置に受光素
子13を配置することにより、受光素子13に達する光量を
読取り範囲の全域に亘って光学的に均一化することがで
き、電気系の負担を軽減することができる。

集光レンズ20は、第２図に二点鎖線で外径を示した回
転対象なレンズＬを、その光軸l1とは偏心した位置に中
心軸を有するようカットして形成された回転非対称なレ
ンズである。集束レンズ20は、その光軸l1がレーザー投
光部の光軸l2から平行にシフトするよう配置されてい
る。

集光レンズ20の母体となっている仮想レンズＬは、中
心から周辺に向かって徐々に曲率半径が大きくなる非球
面レンズである。

集光レンズ20の焦点距離は、より短い方が集光レンズ
20と受光素子13との間隔を短縮することができ、バーコ
ードリーダーのコンパクト化を図ることができる。しか
し、焦点距離を短くするためにはレンズ面の曲率半径を
小さくする必要があり、レンズ周縁部の厚さを取付に必
要な程度確保するためにはレンズ径が小さくなってしま
う。しかし、レンズ径の縮小は受光能力の低下となり、
好ましくない。そこで、この実施例に係る集光レンズ20
は、焦点距離を短く設定しつつ、レンズ周縁部の厚さを
確保するため、周辺部へ向かって徐々に曲率半径が大き
くなるような非球面レンズとされている。

なお、このような非球面形状により、光軸から離れた
光線ほど屈折が小さくなるため、付随的な効果として球
面収差を小さくすることができ、受光素子13上への集光
能力の向上に寄与している。

集光レンズ20の中央部には、レーザー投光部から発す
る光束をその進行方向を変えずに透過させる透過部21が
設けられている。

透過部21は、この例では単なる貫通孔である。但し、
透過部21の構成は貫通孔には限られず、レーザー投光部
の光軸l2と垂直なパワーを持たない平面を集光レンズ20
の両面に形成してもよいし、あるいは周囲と異なるパワ
ーを有する面を形成して投光光束を集束させる機能を持
たせてもよい。

集光レンズ20の後方、すなわちレーザー投光部10側に
は、ガイド投光部として可視光（波長660nm）を発する
ガイド光用発光ダイオード（LED）25が設けられてい
る。また、集光レンズ20と受光素子13との間の光路中に
は、ガイド光用LED25からの可視光を集光レンズ20側に
反射させると共に、レーザー投光部10からの赤外光を透
過させる光分割素子としてのダイクロイックミラー26が
設けられている。これにより、このダイクロイックミラ
ーを挟んでガイド光用LED25と受光素子13とが配置され
ることになる。

上記のような構成によれば、半導体レーザー10から発
したレーザービームは、ダイクロイックミラー26と集光
レンズ20の透過部21とを透過して対象物側に集束する。
但し、このビームによるスポットは、肉眼で視認するこ
とはできない。

レーザー光は、点Ｑ〜Ｒの間に置かれた対象物で反射
され、反射光は集光レンズ20によってレーザー投光部の
光路から外れ、再びダイクロイックミラー26を透過して
受光素子13へ向けて集光される。

所定の規格のバーコードパターンについては点Ｑ〜Ｒ
間に位置する限り、ケーシング30の開講から離間した場
合にも情報の読取が可能となる。

一方、ガイド光用LED25から発したガイド光は、ダイ
クロイックミラー26により反射され、集光レンズ20を介
して点Ｑに向けて集光し、対象物上にガイド用スポット
を形成する。このスポットは、可視光であるために肉眼
で確認することができ、また、ほぼレーザー投光部によ
るスポットの近傍に形成される（点Ｑにおいては一致す
る）。

従って、使用者はこのガイド用のスポットの位置によ
り、レーザー光の走査位置を間接的に知ることができ
る。

次に、上述した光学素子が設けられたケーシング30の
構成を第１図及び第3,4図に基づいて説明する。

ケーシング30は、円筒状の中央部30aと、この中央部3
0aの先端側に螺合する円筒状の前端部30bと、中央部30a
の後端側に螺合する有底円筒状の後端部30cとの３部材
から構成されている。

半導体レーザー10は、筒状の保持枠31に第１図中左側
から当て付けられ、止めネジ31bにより固定されてい
る。この保持枠31は、ケーシング中央部30aにボルト締
めされた円筒状の投光部ベース32に固定されている。

投光レンズ11は、投光部ベース32に螺合するレンズ枠
33内に収納され、このレンズ枠33に図中左側から螺合す
るレンズ押え34により固定されている。更に、レンズ押
え34内には、投光光束の光束径を制限する絞りキャップ
35が嵌入されている。

受光素子13は、ケーシング中央部30aにボルト締めさ
れた素子保持部材36に貼着されている。この素子保持部
材36は、ケーシングの内壁に沿う形状でケーシング中央
部30aにネジ止めされた半円筒部36aと、受光素子13が貼
着された前壁36bとから一体に形成されている。なお、
前壁36bには、半導体レーザー10からのレーザー光を透
過させる光路孔36cが形成されている。

集光レンズ20は、ケーシング中央部30aの第１図中左
側の端部に組み付けられている。集光レンズ20は回転非
対称であり、組み付けに方向性があるため、第５図に示
したように集光レンズ20の周辺の一部に係合部として突
起22を形成すると共に、ケーシングの内壁にこの突起22
に係合する孔37を設けることにより、容易に組み付け時
の位置決めを行うことができる。突起22は、集光レンズ
20をプラスチックレンズとする場合には成形時に一体に
形成することができる。

ダイクロイックミラー26は、その図中上下方向の端部
を枠体26a,26bに保持され、素子保持部材36と集光レン
ズ20との間に挟持された状態でケーシング中央部30aに
組付けられている。

ケーシング後端部31cの図中右端となる最後部底壁に
は、半導体レーザー10の駆動電流を提供する電源コード
と、受光素子13の出力を伝える信号線と（共に図示せ
ず）を外部に導くためのコード孔38が穿設されている。

《第２実施例》第６図は、この発明の第２実施例を示したものであ
る。第１実施例と同一の機能を有する部材には同一符号
を付している。

上記第１実施例の構成では、半導体レーザー10や受光
素子13、集光レンズ20等の光学素子ケーシング30に対し
てそれぞれ独立して固定されている。このため、組み付
け後に調整不良が発見された場合には、ケーシング30か
ら分解しなければならないため、再調整の作業が繁雑と
なる虞がある。

そこで、第２実施例のレーザー読取器は、半導体レー
ザー10、投光レンズ11、受光素子13、集光レンズ20とガ
イド光用LED25、ダイクロイックミラー26等の光学素子
を一体化し、一体化されたユニットをケーシング40に取
り付けている。

具体的な構成を第６図及び第７図に基づいて説明す
る。

断面矩形のケーシング40内には、幅方向に関してケー
シング内の空間に嵌合するユニットベース部材41が挿入
されている、このユニットベース部材41は、第７図に示
したように外面が断面矩形とされ、内部に断面円形の空
間が形成されている。また、ユニットベース部材41の側
面にはカラー41aが填め込まれており、ユニットベース
部材41は、このカラー41aにケーシング40の外側からボ
ルト42を螺合させることによって、ケーシング40に固定
されている。

ユニットベース部材41の上面には、基板43がボルトに
より固定されており、この基板43には、読取時にデコー
ドの成功等を使用者に知らせるための表示用LED44、受
光素子13を保持するための素子保持部材45等が設けられ
ている。

ユニットベース部材41の内部空間には、集光レンズ20
を保持する円筒形のレンズホルダー46が固定されると共
に、このレンズホルダー46内には、第６図中左側となる
先端側にダイクロイックミラー26を保持する半円筒形の
ミラーホルダー47、後端側に半導体レーザー10及び投光
レンズ11を保持する投光部ベース48が嵌合している。レ
ンズホルダー46には、その上端に素子保持部材45を内部
に突出させる切り欠き部46aが形成されている。

ミラーホルダー47には、その側壁にボルト42の先端が
遊嵌する孔47aが穿設されており、また、ミラーホルダ
ー47はボルト49によりユニットベース部材41に固定され
ている。

図中の符号50は、デコーダー、ブザー等が設けらた回
路基板である。

上記構成によれば、各光学部品をケーシング40への組
み付け前にユニットベース部材41に固定することができ
る。このようにユニットベース部41とケーシング40との
二重構造とすることより、光学部品のみの組み立てを終
了した時点で性能を満足させる調整を行うことができ、
調整時の作業性向上とメンテナンス性の向上とを図るこ
とができる。

なお、上記の各実施例では本発明のレーザー読取器の
光学系をペン難のバーコードリーダーに適用した例につ
いてのみ述べたが、非接触で対称物の光学的な情報を検
出できることから、物体の表面検査、製品に付着したゴ
ミの検査等にも使用することができる。

また、この例では光分割素子としてダイクロイックミ
ラーを用いる例についてのみ述べたが、これをハーフミ
ラーとすることも可能である。但し、ダイクロイックミ
ラーを用いた場合には、レーザー投光部、ガイド投光部
の光量ロスをなくしてエネルギー効率を高めることがで
き、ガイド光が受光素子に達しないために読み取りのた
めのノイズとなることがない。

更に、光分割素子の形状としては、プリズム状（ビー
ムスプリッター）とすることも可能である。

光分割素子の透過率を考慮した場合には、半導体レー
ザーの偏光方向を、光分割素子の分割面（例えばミラー
面）に対してＰ偏光で入射するよう設定することが望ま
しい。

［効果］以上、説明してきたようにこの発明によれば、読取用
の光源として赤外のレーザー投光部を用いることによ
り、対象物から離間した位置で対象物の情報を連続点灯
で検出することができる。

また、このレーザー投光部とは別に可視のガイド投光
部を設けたため、レーザー光の走査位置を肉眼で確認す
ることができ、対象物から離間した位置での読取操作を
容易とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図はこの発明に係るレーザー読取器の第１
実施例を示したものであり、第１図は長手方向の断面
図、第２図は第１図のII−II線断面図、第３図は第１図
のIII−III線断面図（ミラー部分省略）、第４図は第１
図のIV−IV線断面図、第５図は集光レンズとケーシング
との係合を示す断面図である。第６図はこの発明に係るレーザー読取器の第２実施例を
示す断面図、第７図は第６図のVII−VII線断面図であ
る。第８図は従来のペン型バーコードリーダーの概略を示す
説明図である。 10……半導体レーザー（レーザー投光部） 11……投光レンズ 13……受光素子 20……集光レンズ 21……透過部 25……ガイド光用LED（ガイド投光部） 26……ダイクロイックミラー（光分割素子）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物に向けて赤外のレーザー集束光を発
するレーザー投光部と、該レーザー投光部の光路中に設けられて前記レーザー集
束光の進行方向を変えずに透過させると共に、前記対象
物により反射されたレーザー反射光束を前記レーザー投
光部とは異なる方向に集光させる集光レンズと、前記レーザー反射光束の集光位置に設けられて該レーザ
ー反射光束の反射光量を検出する受光素子と、可視光を発するガイド投光部と、前記レーザー投光部と前記集光レンズとの間に設けられ
て前記ガイド投光部からの可視光束を前記集光レンズ側
に反射させると共に、前記レーザー集束光を透過させる
光分割素子とを備えることを特徴とするレーザー読取
器。
【請求項２】前記光学分割素子は、前記可視光束を反射
させ、前記レーザー集束光を透過させるダイクロイック
ミラーであり、該ダイクロイックミラーを挟んで前記ガ
イド投光部と前記受光素子とが配置されていることを特
徴とする請求項１に記載のレーザー読取器。